JP4771736B2 - Torque sensor - Google Patents
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Description
この発明は、例えば自動車のステアリングトルクを検出するのに使用されるトルクセンサに関するものである。 The present invention relates to a torque sensor used, for example, to detect a steering torque of an automobile.
従来のトルクセンサとして、例えば特開2002−310819号公報に開示されたトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、軸方向に対向する2つのリングを有し、これらの2つのリングの対向する周面にそれぞれ凹凸を形成し、これらの凹凸が互いに対向するように構成したものである。各リングの間には、磁気回路が形成され、この磁気回路を通る磁束を検出する磁気センサが配置される。 As a conventional torque sensor, for example, a torque sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-310819 is known. This torque sensor has two rings facing in the axial direction, and is configured such that irregularities are formed on the opposed peripheral surfaces of these two rings, and these irregularities face each other. A magnetic circuit is formed between the rings, and a magnetic sensor for detecting a magnetic flux passing through the magnetic circuit is disposed.
与えられる捩りトルクの大きさに応じて2つのリングが相対的に回転すると、各リングの凹凸面の対向状態が変化し、それらの間の磁気抵抗が変化して、磁気センサの出力が変化するので、この磁気センサの出力から与えられたトルクの大きさを検出できる。しかし、この従来のトルクセンサは、磁気センサを通過する磁束の向きが常に一定であるため、磁気センサ出力が、極性が常に一定で、その大きさがトルクに比例するユニポーラタイプとなり、トルクが働かない状態でもセンサ出力が所定の極性で所定の大きさを持つので、その取り扱いが面倒である。したがって、トルクが働かない状態でセンサ出力をゼロにすることができるバイポーラタイプの出力信号を得ることのできるトルクセンサが望まれる。 When the two rings rotate relative to each other according to the magnitude of the torsional torque applied, the opposing state of the concavo-convex surfaces of each ring changes, the magnetic resistance between them changes, and the output of the magnetic sensor changes. Therefore, the magnitude of the applied torque can be detected from the output of the magnetic sensor. However, since this conventional torque sensor always has a constant direction of the magnetic flux passing through the magnetic sensor, the magnetic sensor output is a unipolar type whose polarity is always constant and the magnitude of which is proportional to the torque. Even in the absence, the sensor output has a predetermined magnitude with a predetermined polarity, which is troublesome to handle. Therefore, a torque sensor that can obtain a bipolar-type output signal that can make the sensor output zero while no torque is applied is desired.
このバイポーラタイプの出力信号を得ることのできるトルクセンサが、例えば特開平2−93321号公報に開示されている。
しかし、バイポーラタイプの出力を得ることのできる従来のトルクセンサは、磁場発生手段が、その周面に沿って、N極とS極の磁極を交互に形成したものであり、このN極とS極が周面に交互に並ぶ従来の磁石構造では、それらのN極とS極の着磁のばらつきのために、N極とS極との境界がずれることにより、トルクが働かない状態において、バイポーラタイプの出力信号がN極とS極との境界に対応する原点でゼロとならず、その出力信号のゼロ点が原点からずれる不都合があり、磁気センサの出力信号を原点において安定したゼロ点信号値とするのが困難である。 However, in the conventional torque sensor capable of obtaining a bipolar type output, the magnetic field generating means is formed by alternately forming N poles and S poles along the peripheral surface. In the conventional magnet structure in which the poles are alternately arranged on the peripheral surface, due to the variation in the magnetization of the N pole and the S pole, the boundary between the N pole and the S pole shifts, so that the torque does not work. The output signal of bipolar type does not become zero at the origin corresponding to the boundary between N pole and S pole, and the zero point of the output signal deviates from the origin, and the stable zero point of the output signal of the magnetic sensor at the origin It is difficult to obtain a signal value.
この発明は、トルクが働かない状態でのゼロ点ドリフトを改善したバイポーラタイプの出力信号を得ることのできる改良されたトルクセンサを提案するものである。 The present invention proposes an improved torque sensor capable of obtaining a bipolar type output signal with improved zero point drift when no torque is applied.
この発明によるトルクセンサは、共通軸線上に第1回転軸と第2回転軸を配置し、これらの第1回転軸と第2回転軸とをトーションバーにより結合し、第1回転軸と第2回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、第1回転軸に連結された内周回転体と、第2回転軸に連結され内周回転体を取り囲む外周回転体と、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段とを備え、磁気センサが、検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また磁場発生手段が、共通軸線を囲むように配置された少なくとも1つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、囲み磁石構造は、共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、外周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、また内周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成されたことを特徴とする。 In the torque sensor according to the present invention, a first rotating shaft and a second rotating shaft are disposed on a common axis, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are coupled by a torsion bar, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are coupled. A torque sensor for detecting a torsional torque applied between the rotating shaft and an inner peripheral rotating body connected to the first rotating shaft; an outer peripheral rotating body connected to the second rotating shaft and surrounding the inner rotating body; A magnetic field generating means disposed between the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body; a magnetic sensor through which the detected magnetic flux flows from the magnetic field generating means via the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body; and a first in a positive torque range. First magnetic field changing means for causing a detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a predetermined direction in accordance with relative rotation between the rotating shaft and the second rotating shaft and changing the magnitude thereof, and the first rotating shaft and the second rotating in a negative torque range. The detected magnetic flux is applied to the magnetic sensor according to the relative rotation with the shaft. Second magnetic field changing means for changing the magnitude of the magnetic flux flowing in a direction opposite to the constant direction, the magnetic sensor having a polarity that changes in accordance with the direction of the detected magnetic flux, and a magnitude in accordance with the magnitude of the detected magnetic flux. The magnetic field generating means includes at least one enclosing magnet structure configured to generate a varying output signal and arranged to surround the common axis, the enclosing magnet structure having an outer circumferential magnetic pole surface about the common axis The surrounding magnet structure is composed of ring-shaped permanent magnets arranged around the common axis, and the outer magnetic pole surface has N and S poles along the common axis. only one magnetic pole of polarity in the magnetic poles are formed continuously in the inner circumferential magnetic pole surface also along the circumference of the common axis, only the other magnetic pole of polarity in the magnetic poles are continuously It is formed .
また、この発明による別のトルクセンサは、共通軸線上に第1回転軸と第2回転軸を配置し、これらの第1回転軸と第2回転軸とをトーションバーにより結合し、第1回転軸と第2回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、第1回転軸に連結された内周回転体と、第2回転軸に連結され内周回転体を取り囲む外周回転体と、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を前記磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段とを備え、磁気センサが、検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また磁場発生手段が、共通軸線を囲むように配置された少なくとも1つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、囲み磁石構造は、共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、このリング状磁石体は、外周磁極面には、両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、また内周磁極面には、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁されたことを特徴とする。In another torque sensor according to the present invention, a first rotating shaft and a second rotating shaft are disposed on a common axis, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are coupled by a torsion bar to perform the first rotation. A torque sensor for detecting a torsional torque applied between a shaft and a second rotating shaft, and an inner peripheral rotating body connected to the first rotating shaft and an inner peripheral rotating body connected to the second rotating shaft An outer periphery rotator, a magnetic field generating means disposed between the inner periphery rotator and the outer periphery rotator, a magnetic sensor through which the detected magnetic flux flows from the magnetic field generating means through the inner periphery rotator and the outer periphery rotator, and a positive torque First magnetic field changing means for causing a detected magnetic flux to flow in a predetermined direction through the magnetic sensor in accordance with the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a range, and changing the magnitude of the detected magnetic flux, and a first rotation in a negative torque range. Magnetic flux detected according to relative rotation between the shaft and the second rotation shaft A second magnetic field changing means for causing the magnetic sensor to flow in a direction opposite to a predetermined direction and changing the magnitude of the magnetic sensor, the polarity of the magnetic sensor changing according to the direction of the detected magnetic flux, and the magnitude of the detected magnetic flux Wherein the magnetic field generating means includes at least one enclosing magnet structure arranged to surround the common axis, the enclosing magnet structure being arranged around the common axis. The surrounding magnet structure is composed of a ring-shaped magnet body arranged around a common axis, and the ring-shaped magnet body has both poles on the outer magnetic pole surface. Only the magnetic poles with one polarity are arranged at a predetermined angular interval around the common axis, and only the magnetic poles with the other polarity of the two magnetic poles are arranged along the common axis. Magnetized to line up at a predetermined angular interval It is characterized in.
この発明によるトルクセンサでは、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、この磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる検出磁路と、正のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段と、検出磁路に配置され検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生する磁気センサとを備えるので、トルクが働かない状態でゼロとなるバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。 In the torque sensor according to the present invention, a magnetic field generating means disposed between the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body, and a detection magnetic path through which the detected magnetic flux flows from the magnetic field generating means through the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body, First magnetic field changing means for causing the detected magnetic flux to flow in a predetermined direction in accordance with the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in the positive torque range and changing the magnitude thereof, and the first rotation in the negative torque range. A second magnetic field changing means for changing the magnitude of the second magnetic field by flowing in a direction opposite to a predetermined direction according to the relative rotation of the shaft and the second rotating shaft, and the polarity of the second magnetic field changing means according to the direction of the detected magnetic flux. In addition, since a magnetic sensor that generates an output signal whose magnitude changes according to the magnitude of the detected magnetic flux is provided, a bipolar output signal that becomes zero when no torque is applied can be obtained.
加えて、この発明によるトルクセンサでは、正のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段が、共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、外周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、またその内周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成された囲み磁石構造、または共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、外周磁極面には、両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、またその内周磁極面には、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁された囲み磁石構造を有する磁場発生手段と組み合わされる。このように着磁された囲み磁石構造は、従来の磁石構造のように、周面に沿ってN極とS極が交互に並ぶことはなく、外周磁極面と内周磁極面に同じ極性の磁極が並ぶので、従来の磁石構造のように、同じ周面におけるN極とS極との境界がずれることもない。したがって、バイポーラタイプの出力信号のゼロ点が原点からずれるのを改善することができ、安定したゼロ点出力を得ることができる。 In addition, in the torque sensor according to the present invention, in the positive torque range, the detected magnetic flux is passed through the magnetic sensor in a predetermined direction in accordance with the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft, and the magnitude of the first magnetic field is changed. Changing means and second magnetic field changing means for causing the detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a direction opposite to a predetermined direction in accordance with relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a negative torque range, and changing the magnitude thereof. , Composed of ring-shaped permanent magnets arranged around the common axis, and only one of the N and S poles on the outer peripheral magnetic pole surface along the common axis. are formed continuously, and the inner peripheral magnetic pole surface thereof, along the circumference of the common axis, surrounds the magnet configuration only the other magnetic pole of polarity in the magnetic poles are formed continuously or about a common axis, It consists of a ring-shaped magnet body arranged in On the outer peripheral magnetic pole surface, only one polarity magnetic pole of both magnetic poles is arranged at a predetermined angular interval around the common axis, and the inner peripheral magnetic pole surface has the other polarity of both magnetic poles. Only magnetic poles are combined with magnetic field generating means having a surrounding magnet structure magnetized so as to be arranged at a predetermined angular interval around the common axis . The enclosed magnet structure thus magnetized does not have N poles and S poles arranged alternately along the peripheral surface unlike the conventional magnet structure, and has the same polarity on the outer peripheral magnetic pole surface and the inner peripheral magnetic pole surface. Since the magnetic poles are arranged, the boundary between the N pole and the S pole on the same peripheral surface does not shift as in the conventional magnet structure. Therefore, it is possible to improve the deviation of the zero point of the bipolar type output signal from the origin, and a stable zero point output can be obtained.
以下、この発明によるトルクセンサのいくつかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, several embodiments of a torque sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1、図2、図3は、この発明の実施の形態1によるトルクセンサを、その原点位置において示す図である。図4、図5、図6は、同じくこの発明の実施の形態1によるトルクセンサを、その正のトルク範囲において示す図である。図1および図4は、実施の形態1のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図2および図5は、実施の形態1のトルクセンサを、共通軸線L−Lを含む平面で切断した縦断面図である。図3および図6は、実施の形態1によるトルクセンサの動作説明図であり、図3は原点位置における磁束の流れを、また図6は正のトルク範囲における磁束の流れをそれぞれ示す。図7は図5のA−A線断面図、図8は図5のB−B線断面図、図9は図5のC−C線断面図、図10は図5のD−D線断面図である。A−A線、B−B線、C−C線、D−D線は、いずれも共通軸線L−Lに直交する平面に含まれる。図11は実施の形態1によるトルクセンサの側面図である。
1, 2 and 3 are views showing the torque sensor according to the first embodiment of the present invention at its origin position. 4, FIG. 5 and FIG. 6 are views showing the torque sensor according to the first embodiment of the present invention in the positive torque range. FIGS. 1 and 4 are top views of the torque sensor according to the first embodiment when viewed in the axial direction, but some of the components are omitted to make the drawings easier to see. 2 and 5 are longitudinal sectional views of the torque sensor according to the first embodiment cut along a plane including the common axis LL. FIGS. 3 and 6 are diagrams for explaining the operation of the torque sensor according to the first embodiment. FIG. 3 shows the flow of magnetic flux at the origin position, and FIG. 6 shows the flow of magnetic flux in the positive torque range. 7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 5, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. FIG. The AA line, the BB line, the CC line, and the DD line are all included in a plane orthogonal to the common axis line LL. FIG. 11 is a side view of the torque sensor according to the first embodiment.
これらの図1−11を参照して、この発明による実施の形態1のトルクセンサについて説明する。先ず、この発明による実施の形態1のトルクセンサは、とくに図2、図5に示すように、第1回転軸1と、第2回転軸2と、内周回転体3と、ベース板4とトーションバー5と、磁場発生手段6と、外周回転体12と、磁場変化手段30と、磁気センサ15とを備えている。
With reference to these FIGS. 1-11, the torque sensor of
この実施の形態1のトルクセンサは、第1回転軸1と第2回転軸2との間に働く捩りトルクを検出するセンサであり、自動車に搭載される電動パワーステアリングにおいて、ステアリングホイールに働くトルクを検出するのに使用される。第1、第2回転軸1、2は、互いに共通な共通軸線L−L上に回転可能に配置される。第1、第2回転軸1、2の間には、内周回転体3、ベース板4、トーションバー5、磁場発生手段6、外周回転体12、および磁場変化手段30が配置される。内周回転体3は、共通軸線L−Lを中心とする内周筒であり、鉄材などの磁性材料で構成される。この内周筒3は、その一端が第1回転軸1に結合され、第1回転軸1とともに共通軸線L−Lの周りを回転する。
The torque sensor according to the first embodiment is a sensor that detects torsional torque that acts between the first rotating
ベース板4は第2回転軸2の一端に結合された円板であり、第2回転軸2とともに共通軸線L−Lの周りを回転する。トーションバー5は、内周筒3の内部に配置され、共通軸線L−Lに沿って延長される。このトーションバー5の一端は内周筒3に結合され、またその他端はベース板4の中心部に結合され、その結果、トーションバー5が内周筒3とベース板4とを連結する。内周筒3の捩り剛性はトーションバー5の捩り剛性と比べて十分大きいので、第1回転軸1と第2回転軸2との間に捩りトルクを与えると、そのトルクの大きさに応じてトーションバー5が共通軸線L−Lの周りで捩られ、第1回転軸1と第2回転軸2とが、共通軸線L−Lの周りで相対的に回転する。
The
外周回転体12は、内周筒3を取り囲むように配置された円筒体である。この外周回転体12は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに配置され、一端がベース板4に結合され、このベース板4とともに共通軸線L−Lの周りを回転する。この外周回転体12は、図11に示すように、第1外周筒12aと、第2外周筒12bと、連結体13とにより構成される。第1、第2外周筒12a、12bは、共通軸線L−Lに沿って並べて配置され、連結体13により、互いに連結される。外周筒12a、12bは鉄材などの磁性材料で構成され、連結体13はアルミニウムなどの非磁性材料で構成される。
The outer peripheral
連結体13はほぼ円筒状に作られるが、図11に示すように、円筒状の一部分に空隙部を有し、この空隙部では外周筒12a、12bの突出部12c、12dが互いに共通軸線L−Lの方向に対向していて、これらの突出部12c、12dの間に、磁気センサ15が配置される。外周筒12a、12bの突出部12c、12dは、外周筒12a、12bの間に、共通軸線L−Lに沿って延びる検出磁路20を構成し、この検出磁路20には検出磁束DFが流れる。磁気センサ15は、検出磁路20を横切るように、突出部12c、12dの間に配置され、この磁気センサ15には検出磁束DFが与えられる。この実施の形態1では、磁気センサ15は外周回転体12とともに回転するように、設置される。検出磁束DFは、第1外周筒12aから第2外周筒12bに向かう検出磁束DF1と、第2外周筒12bから第1外周筒12aに向かう検出磁束DF2を含む。図11では、検出磁束DF1を実線で、検出磁束DF2を点線で示す。
As shown in FIG. 11, the connecting
内周回転体3と外周回転体12との間には、図2および図5に示すように、共通軸線L−Lに沿って4つのステージA、B、C、Dが設定される。ステージA、B、C、Dは、それぞれ共通軸線L−Lに直交するA−A線、B−B線、C−C線、D−D線を含む平面上に、それぞれ設定される。これらの4つのステージA、B、C、Dは、共通軸線L−Lに沿って互いに間隔をおいて設定される。
As shown in FIGS. 2 and 5, four stages A, B, C, and D are set between the inner
これらのステージA、B、C、Dの中のステージB、Cに、磁場発生手段6が配置される。また、ステージA、B、C、Dのすべてに、磁場変化手段30が配置される。まず、磁場発生手段6は、この実施の形態1では、2つの囲み磁石構造6B、6Cを有し、これらの囲み磁石構造6B、6Cは、それぞれステージB、Cに配置される。ステージBに配置された囲み磁石構造6Bと、ステージCに配置された囲み磁石構造6Cは、それぞれリング状の永久磁石62、63で構成される。
The magnetic field generating means 6 is arranged on the stages B and C among these stages A, B, C and D. Further, the magnetic
囲み磁石構造6Bは、共通軸線L−Lを囲むように配置され、共通軸線L−Lを中心とする内周磁極面62aと外周磁極面62bを有する。これらの内周磁極面62aと外周磁極面62bは、リング状の永久磁石62の内周面と外周面にそれぞれ形成される。同様に、囲み磁石構造6Cも、共通軸線L−Lを取り囲むように配置され、共通軸線L−Lを中心とする内周磁極面63aと外周磁極面63bを有する。これらの内周磁極面63aと外周磁極面63bは、リング状の永久磁石63の内周面と外周面にそれぞれ形成される。これらのリング状の永久磁石62、63は、それぞれの内周磁極面62a、63aが内周筒3の外周面に嵌め込まれて内周筒3に固定され、内周筒3とともに回転する。
The surrounding
リング状の永久磁石62、63は、それぞれその全体が共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁されており、それぞれの内周磁極面62a、63aは、共通軸線L−Lの周りに沿って、それらの全周面が例えばS極となっており、また、それぞれの外周磁極面62b、63bは、共通軸線L−Lの周りに沿って、それら全周面が例えばN極となっている。言い換えれば、リング状の永久磁石62、63の内周磁極面62a、63aには、N極とS極の両磁極の中の一方の磁極であるS極ばかりがそれらの周面に沿って連続して形成され、同様に、リング状の永久磁石62、63の外周磁極面62b、63bには、両磁極の中のN極ばかりがそれらの周面に沿って連続して形成される。
The ring-shaped
実施の形態1において、リング状の永久磁石62、63の内周磁極面62a、63aにS極ばかりが形成され、またそれらの外周磁極面62b、63bにN極ばかりが形成される構成は、磁場発生手段6における着磁のばらつきを抑制するのに有効である。例えば、内周磁極面62a、63aにS極ばかりでなく、S極とN極とが交互に形成され、また外周磁極面62b、63bにN極ばかりでなく、N極とS極が交互に形成されるものでは、N極とS極とが隣接ように着磁され、それらの着磁のばらつきを解消するのが困難である。これに較べて、実施の形態1のように、リング状の永久磁石62、63の内周磁極面62a、63aに例えばS極ばかりが、またそれらの外周磁極面62b、63bに例えばN極ばかりが形成される構成は、従来の磁石構造のような、同じ周面上のN極とS極の境界が着磁のばらつきにより、ずれる不都合を解消できる。
In the first embodiment, only the S pole is formed on the inner peripheral magnetic pole surfaces 62a and 63a of the ring-shaped
なお、リング状の永久磁石62、63の全体を共通軸線L−Lの半径方向に着磁する場合に、着磁方向を前記と逆にし、それらの内周磁極面62a、63aの周面に沿ってN極ばかりを連続して形成し、それらの外周磁極面62b、63bの周面に沿ってS極ばかりを連続して形成することもできる。この場合にも、前記と同様に、着磁のばらつきを抑えることができる。
When the entire ring-shaped
磁場変化手段30は、4つの磁場変化手段31〜34を含む。これらの4つの磁場変化手段31〜34は、内周回転体3と外周回転体12との間において、ステージA〜Dのそれぞれに配置される。これらの4つの磁場変化手段31、32、33、34は、それぞれ共通軸線L−Lの周りに配置された複数個の突出磁極により構成される。
The magnetic
ステージAに配置された磁場変化手段31は、内周磁極11aと外周磁極14aとから構成される。これらの内周磁極11aと外周磁極14aは、ともに共通軸線L−Lの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極11aと外周磁極14aは、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極11aは、内周筒3の外周面に固定されたリング状鉄心9の外周面に配置される。外周磁極14aは、第1外周筒12aの内周面に配置される。これらの磁極11a、14aは、ステージAにおいて、内周回転体3と外周回転体12との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。
The magnetic field changing means 31 arranged on the stage A is composed of an inner peripheral
ステージBに配置された磁場変化手段32は、内周磁極11bと外周磁極14bとから構成される。これらの内周磁極11bと外周磁極14aは、ともに共通軸線L−Lの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極11bと外周磁極14bは、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極11bは、囲み磁石構造6Bを構成するリング状の永久磁石62の外周磁極面62bに配置される。外周磁極14bは、第1外周筒12aの内周面に配置される。これらの磁極11b、14bは、ステージBにおいて、内周回転体3と外周回転体12との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。
The magnetic field changing means 32 disposed on the stage B includes an inner peripheral
磁場発生手段6の囲み磁石構造6Bを構成するリング状の永久磁石62は、図3に示すように、N極である外周磁極面62bから、磁場変化手段32の内周磁極11bと外周磁極14b、第1外周筒12a、磁場変化手段31の外周磁極14aと内周磁極11a、リング状鉄心9、および内周筒3を通り、S極である内周磁極面62aに帰る磁路に磁束Φ1を流す。磁場変化手段32の内周磁極11bと外周磁極14b、および磁場変化手段31の内周磁極11aと外周磁極14aは、それぞれの対向状態の変化に基づいて、この磁束Φ1の大きさを変化させる。
As shown in FIG. 3, the ring-shaped
ステージCに配置された磁場変化手段33は、内周磁極11cと外周磁極14cとから構成される。これらの内周磁極11cと外周磁極14cは、ともに共通軸線L−Lの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極11cと外周磁極14cは、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極11cは、囲み磁石構造6Cを構成するリング状の永久磁石63の外周磁極面63bに配置される。外周磁極14cは、第2外周筒12bの内周に配置される。これらの磁極11c、14cは、ステージCにおいて、内周回転体3と外周回転体12との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。
The magnetic field changing means 33 arranged on the stage C includes an inner peripheral
ステージDに配置された磁場変化手段34は、内周磁極11dと外周磁極14dとから構成される。これらの内周磁極11dと外周磁極14dは、ともに共通軸線L−Lの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極11dと外周磁極14dは、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極11dは、内周筒3の外周面に固定されたリング状鉄心10の外周面に配置される。外周磁極14dは、第2外周筒12bの内周面に配置される。これらの磁極11a、14aは、ステージDにおいて、内周回転体3と外周回転体12との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。
The magnetic field changing means 34 disposed on the stage D includes an inner peripheral
なお、内周磁極11a、11b、11c、11dの共通軸線L−L方向の長さはすべて同じとされ、また外周磁極14a、14b、14c、14dについてもそれらの共通軸線L−L方向の長さはすべて同じとされる。加えて、各ステージA、B、C、Dにおける各内周磁極11a、11b、11c、11dと各外周磁極14a、14b、14c、14dとの間の空隙の径方向の長さも、すべて同じとされる。
Note that the lengths of the inner peripheral
磁場発生手段6の囲み磁石構造6Cを構成するリング状の永久磁石63は、図3に示すように、N極である外周磁極面63bから、磁場変化手段33の内周磁極11cと外周磁極14c、第2外周筒12b、磁場変化手段34の外周磁極14dと内周磁極11d、リング状鉄心10、および内周筒3を通り、S極である内周磁極面63aに帰る磁路に磁束Φ2を流す。磁場変化手段33の内周磁極11cと外周磁極14c、および磁場変化手段34の内周磁極11dと外周磁極14dは、それぞれの対向状態の変化に基づいて、この磁束Φ2の大きさを変化させる。
As shown in FIG. 3, the ring-shaped
ステージA、Bに配置された磁場変化手段31、32の内周磁極11a、11bと、ステージC、Dに配置された磁場変化手段33、34の内周磁極11c、11dは、共通軸線L−Lの周りに互いに同じ位相で配置された複数個の突出磁極を有する。具体的には、これらの内周磁極11a〜11dは、それぞれ40度の角度間隔で配置された9個の突出磁極を持つが、各内周磁極11a〜11dのすべてについて、これらの9個の突出磁極は、共通軸線L−Lの周りの内周磁極基準位置から、例えば0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図1、図4では、これらの内周磁極11aから11dの突極が、共通軸線L−Lの方向にすべて互いに重なった状態で、実線で示される。
The inner peripheral
ステージA、B、C、Dに配置された磁場変化手段31〜34の外周磁極14a〜14dの中、磁場変化手段32の外周磁極14bと、磁場変化手段34の外周磁極14dは、共通軸線L−Lの周りに互いに同じ位相で配置された複数の磁極を有する。具体的には、これらの外周磁極14b、14dもそれぞれ40度の角度間隔で配置された9個の突出磁極を持つが、外周磁極14b、14dについて、これらの9個の突出磁極は、共通軸線L−Lの周りの外周磁極基準位置から、0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図1、図4では、これらの外周磁極14b、14dの突出磁極が、共通軸線L−Lの方向にすべて互いに重なった状態で、実線で示される。これらの互いに重なった外周磁極14b、14dの1つについて、その中心の角度位置を図1、図4において、θ1で示している。
In Stage A, B, C, the outer peripheral
磁場変化手段31〜34の外周磁極14a〜14dの中、磁場変化手段31の外周磁極14aと、磁場変化手段33の外周磁極14cは、共通軸線L−Lの周りに互いに同じ位相で配置された複数の磁極を有する。具体的には、これらの外周磁極14a、14cもそれぞれ40度の角度間隔で配置された9個の突出磁極を持つが、磁極14aと磁極14cについて、これらの9個の突出磁極は、共通軸線L−Lの周りの前記外周磁極基準位置から、磁極14b、14dとちょうど逆位相で、20度、60度、100度、140度、180度、220度、260度、300度、340度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図1、図4では、これらの外周磁極14a、14cの突出磁極が、共通軸線L−Lの方向にすべて互いに重なった状態で、点線で示される。これらの互いに重なった外周磁極14a、14cの1つについて、その中心の角度位置を図1、図4において、θ2で示している。
Of the outer peripheral
磁気センサ15は、例えばホール素子であり、それを通る検出磁束DFの方向と大きさに応じた出力信号を発生する。この磁気センサ15には、第1外周筒12aと第2外周筒12bとの間に共通軸線L−Lに沿って流れる検出磁束DF1、DF2が流れる。磁気センサ15の出力信号の極性は、磁気センサ15を通る検出磁束DF1、DF2の方向に応じて、正極性と負極性の極性の反転する出力信号となり、またこの出力信号の大きさは、磁気センサ15を通る検出磁束DF1、DF2の大きさに比例する。
The
なお、図1、図4では、図面を見やすくするために、第1、第2回転軸1、2と、内周筒3と、トーションバー5と、リング状鉄心9が省略されている。
In FIGS. 1 and 4, the first and second
さて、図1〜図3は実施の形態1のトルクセンサを、その原点位置において示す。この原点位置では、磁場変化手段31〜34において、内周磁極11a、11b、11c、11dが、図1に示すように、共通軸線L−Lの周りの周方向に沿って、実線で示す外周磁極14b、14dの重なる角度位置θ1と、点線で示す磁極14a、14cの重なる角度位置θ2とのちょうど中間の角度位置に位置する。
1 to 3 show the torque sensor of the first embodiment at its origin position. At this origin position, in the magnetic field changing means 31-34, the inner peripheral
この原点位置では、図3に示す磁束Φ1と磁束Φ2が、互いにほぼ等しい大きさとなる。この原点位置では、磁場変化手段31〜34の内周磁極11a、11b、11c、11dが、図1に示すように、共通軸線L−Lの周りの周方向に沿って、磁極14b、14dの重なる角度位置θ1と、磁極14a、14cの重なる角度位置θ2とのちょうど中間の角度位置に位置する。このため、図3に示す磁束Φ1と磁束Φ2の流れる磁路の磁気抵抗は互いに等しく、したがって磁束Φ1、Φ2の大きさは互いに等しい。このため、第1外周筒12aと第2外周筒12bの間において、磁気センサ15を通って流れる検出磁束DF1、DF2は、ともにゼロとなり、磁気センサ15の信号出力もゼロとなる。
At this origin position, the magnetic flux Φ1 and the magnetic flux Φ2 shown in FIG. At this origin position, the inner peripheral
図4、図5、図6は、原点位置から第1回転軸1が第2回転軸2に対して相対的に反時計方向に回転し、磁極11a、11b、11c、11dが、磁極14b、14dの重なる角度位置θ1に近い回転角度まで変位した正のトルク範囲を示す。この正のトルク範囲では、磁極11a、11b、11c、11dが、磁極14a、14cの重なる角度位置θ2から遠ざかり、磁極14b、14dの重なる角度位置θ1に近づいた位置にある。
4, 5, and 6, the first
図7〜図10は、それぞれ図5に示すステージA、B、C、Dにおける共通軸線L−Lと直交する方向の断面図である。図7に示すステージAの磁場変化手段31において、内周磁極11aの9個の突出磁極は、外周磁極14aの9個の突出磁極に対して、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいている。同様に、図9に示すステージCに示す磁場変化手段33において、内周磁極11cの9個の突出磁極は、外周磁極14cの9個の突出磁極に対して、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいている。そのため、これらの磁場変化手段31、33の内周磁極11a、11cと外周磁極14a、14cとの対向面積は減少し、磁気抵抗は、図1〜図3に示した原点位置における磁気抵抗よりも増大している。
7 to 10 are cross-sectional view in a direction perpendicular to the common axis L-L in stages A, B, C, D shown in FIG. 5, respectively. In the magnetic field changing means 31 of the stage A shown in FIG. 7, the nine protruding magnetic poles of the inner peripheral
一方、図8に示すステージBの磁場変化手段32において、内周磁極11bの9個の突出磁極も、外周磁極14bの9個の突出磁極に対して、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づき、外周磁極14bに近づいている。同様に、図10に示すステージDに示す磁場変化手段34において、内周磁極11dの9個の突出磁極も、外周磁極14dの9個の突出磁極に対して、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づき、外周磁極14dに近づいている。そのため、これらの磁場変化手段32、34の内周磁極11b、11dと外周磁極14b、14dとの対向面積は増加し、磁気抵抗は、図1〜図3に示した原点位置における磁気抵抗よりも減少している。
On the other hand, in the magnetic field changing means 32 of the stage B shown in FIG. 8, the nine protruding magnetic poles of the inner peripheral
この図4〜図10に示す正のトルク範囲では、磁場変化手段32と磁場変化手段34の内周磁極11b、11dと外周磁極14b、14dとの対向面積がともに増加するために、図6に示すように、新たに第1外周筒12aから第2外周筒12bに向かう検出磁束DF1が流れる。この検出磁束DF1は、ステージBにおける囲み磁石構造6Bの外周磁極面62bから磁場変化手段32の磁極11b、14bを通り第1外周筒12aに至り、この第1外周筒12aから共通軸線L−Lに沿って検出磁路20における磁気センサ15を通り、第2外周筒12bに至り、リング状鉄心10を経由して内周筒3に至る。
In the positive torque range shown in FIGS. 4 to 10, since the opposing areas of the inner peripheral
磁気センサ15は、この検出磁路20を流れる検出磁束DF1を検出し、例えば正極性の信号出力を発生する。この正極性の信号出力は、正のトルク範囲、すなわち囲み磁石構造6Bから磁場変化手段32、34を通る検出磁束DF1が発生する範囲で得られ、その出力信号の大きさはこの正のトルク範囲において、第1、第2回転軸1、2間に与えられる捩りトルクの増大に応じて増大する。なお、正のトルク範囲では、磁場変化手段31の磁極11a、14aと、磁場変化手段33の磁極11c、14cの対向面積が減少するために、これらの磁場変化手段31、33を通る磁束Φ1、Φ2の大きさが減少する。
The
図3に示す原点位置から、第1回転軸1が第2回転軸2に対して相対的に、図4〜図10に示す正のトルク範囲とは逆方向に、時計方向に回転し、内周磁極11a、11b、11c、11dが、磁極14a、14cの重なる角度位置θ2に近い角度位置まで変位した負のトルク範囲では、第1、第2回転軸1、2間に与えられる捩りトルクが、正のトルク範囲に対して逆方向となる。この負のトルク範囲では、磁極11a、11b、11c、11dが、図1〜図3に示す原点位置よりも、磁極14b、14dの重なる角度位置θ1から遠ざかり、磁極14a、14cの重なる角度位置θ2に近づいた状態にある。
From the origin position shown in FIG. 3, the first
この負のトルク範囲では、磁場変化手段31の磁極11a、14aと、磁場変化手段33の磁極11c、14cとの対向面積が増加するために、ステージCにおける囲み磁石構造6Cから、これらの磁場変化手段31、33を通る検出磁束DF2が発生し、逆に磁場変化手段32の磁極11b、14bと、磁場変化手段34の磁極11d、14dの対向面積が減少するために、これらの磁場変化手段32、34を通る磁束Φ1、Φ2の大きさが減少する。
In this negative torque range, since the opposing areas of the
この負のトルク範囲における検出磁束DF2は、ステージCにおける囲み磁石構造6Cから磁場変化手段33の磁極11c、14cを通り第2外周筒12bに至り、この第2外周筒12bから共通軸線L−Lに沿って検出磁路20における磁気センサ15を通り、第1外周筒12aに至り、リング状鉄心9を経由して内周筒3に帰る。磁気センサ15は、この検出磁束DF2を検出し、例えば負極性の信号出力を発生する。この負極性の信号出力は、負のトルク範囲、すなわち磁場変化手段31、33を通る磁束が増大し、磁場変化手段32、34を通る磁束が減少する範囲で得られ、その出力信号の大きさはこの負のトルク範囲において、第1、第2回転軸1、2間に与えられる逆方向の捩りトルクの減少に応じて増大する。
The detected magnetic flux DF2 in this negative torque range passes from the surrounding
トルクセンサでは、回転軸1、2の間に、例えば±10度、言い換えれば20度の相対回転が生じるようにして、その角度範囲における捩りトルクの変化、すなわち回転軸1、2間の相対回転を検出する。この20度の相対回転範囲を検出範囲と呼ぶと、実施の形態1では、この検出範囲はその中間に図3に示す原点位置が対応し、前記負のトルク範囲で磁気センサ15の出力信号が、負極性の最大値となる第1角度位置から、正のトルク範囲で磁気センサ15の出力信号が正極性の最大値となる第2角度位置までほぼ直線的に変化するように設定される。この実施の形態1では、その第1角度位置と第2角度位置とのちょうど中間の原点位置において、出力信号がゼロとなる。
In the torque sensor, a relative rotation of, for example, ± 10 degrees, in other words, 20 degrees occurs between the
具体的には、実施の形態1では、角度位置θ1、θ2の間の角度が20度であり、そのちょうど中間に原点位置が設定されるので、検出範囲は、原点位置から角度位置θ2側へ10度近づいた第1角度位置と、原点位置から角度位置θ1側へ10度近づいた第2角度位置との間に設定される。第1角度位置は、負のトルク範囲にあり、磁気センサ15の出力信号は、この第1角度位置で負極性の最大値となる。第2角度位置は正のトルク範囲にあり、磁気センサ15の出力信号は、第2角度位置で正極性の最大値となる。
Specifically, in the first embodiment, the angle between the angle positions θ1 and θ2 is 20 degrees, and the origin position is set just in the middle, so the detection range is from the origin position to the angle position θ2 side. It is set between the first angular position approaching 10 degrees and the second angular position approaching 10 degrees from the origin position to the angular position θ1 side. The first angular position is in a negative torque range, and the output signal of the
このようにして、実施の形態1では、検出範囲において、与えられる捩りトルクの増大に伴ない、極性が反転し、大きさがほぼ直線的に増大する出力信号が磁気センサ15から得られ、結果としてバイポーラタイプの出力信号を発生するトルクセンサを実現できる。このバイポーラタイプの出力信号を発生するトルクセンサは、出力信号の極性が反転する原点位置を有し、この原点位置でのセンサ出力値の校正のばらつきの校正が容易である。
In this manner, in the first embodiment, an output signal whose polarity is reversed and whose magnitude increases almost linearly with the increase in the torsional torque to be applied in the detection range is obtained from the
またこの実施の形態1のトルクセンサでは、磁場発生手段6が、共通軸線L−Lを囲むように配置された囲み磁石構造6B、6Cを含み、この囲み磁石構造6B、6Cは、共通軸線L−Lを中心とする外周磁極面62b、63bと内周磁極面62a、63aを形成し、外周磁極面62b、63bには、共通軸線L−Lの周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが並び、また内周磁極面62a、63aには、共通軸線L−Lの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが並ぶようにして、共通軸線L−Lを中心とする径方向に着磁されているので、従来の磁石構造のように、着磁のばらつきにより出力信号のゼロ点がN極とS極の境界に対応する原点からずれるような不都合は解消し、安定したゼロ点出力を得ることができる。
Further, in the torque sensor of the first embodiment, the magnetic field generating means 6 includes the surrounding
なお、実施の形態1では、内周回転体3を構成する内周筒の代わりに中実軸を用い、トーションバー5は回転軸1、2を連結するように別の位置に設置することもできる。また非磁性の連結体13の材料は、アルミニウムや樹脂材料など、他の非磁性材料を用いてもよい。また実施の形態1では、内周磁極11a、11b、11c、11dおよび外周磁極14a、14b、14c、14dのそれぞれに9個の突出磁極を形成したが、この突出磁極の個数は9個に限ることなく、他の個数にすることもできる。また、突出磁極を形成する代わりに、周面に切り欠きまたは穴を設けるなど、相対回転により磁気抵抗が変化するようにするだけでもよい。
In the first embodiment, a solid shaft is used instead of the inner peripheral cylinder constituting the inner peripheral
また実施の形態1では、内周磁極11a、11b、11c、11dをすべて同相とし、外周磁極14a、14b、14c、14dについては、外周磁極14aと14c、外周磁極14bと14dを、それぞれ同相とした上で、外周磁極14a、14cと、外周磁極14b、14dとを逆相としたが、これらの関係を逆にし、外周磁極14a、14b、14c、14dをすべて同相とし、内周磁極11a、11b、11c、11dについて、内周磁極11aと11c、内周磁極11bと11dをそれぞれ同相とした上で、内周磁極11a、11cと、内周磁極11b、11dとを逆相としても、実施の形態1と同様に、磁気センサ15からバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
In the first embodiment, the inner peripheral
また実施の形態1では、2つの囲み磁石構造6B、6CをステージB、Cに配置したが、これらのステージB、Cに跨る1つの囲み磁石構造により、ステージB、Cのそれぞれに磁場を発生し、内周磁極11b、11cと外周磁極14b、14cの間を通って磁束Φ1、Φ2および検出磁束DF1、DF2が流れるようにすることもできる。この場合、1つの囲み磁石構造は、共通軸線L−Lに沿って筒状として構成されるが、これも実施の形態1と同様に、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁され、その内周磁極面には、N極とS極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続し、外周磁極面には、その他方の極性の磁極ばかりが連続するように構成される。
In the first embodiment, the two surrounding
また実施の形態1では、囲み磁石構造6B、6CをそれぞれステージB、Cに配置したが、これらの囲み磁石構造6B、6CをステージA、Dに配置することもできる。この場合にも、ステージAに配置した囲み磁石構造により磁束Φ1および検出磁束DF1を、またステージDに配置した囲み磁石構造により磁束Φ2および検出磁束DF2を流すように構成される。
In
さらに、実施の形態1では、内周磁極11a、11b、11c、11dおよび外周磁極14a、14b、14c、14dの共通軸線L−Lの方向おける長さが、すべて同じとしたが、これを変えて、例えば囲み磁石構造6B、6Cを配置したステージB、Cにおける磁極11b、11c、14b、14cの共通軸線L−L方向の長さを、ステージA、Dにおける磁極11a、11d、14a、14dの共通軸線L−Lの方向の長さよりも長くすることもできる。
Further, in the first embodiment, the inner circumferential
実施の形態2.
図12はこの発明によるトルクセンサの実施の形態2を示す断面図である。この図12は、共通軸線L−Lを含む平面による縦断面図であり、図2、図5に相当する断面図である。
12 is a sectional view showing a torque sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along a plane including the common axis LL, and is a sectional view corresponding to FIGS. 2 and 5.
この実施の形態2は、磁場発生手段6を、すべてのステージA、B、C、Dに配置したものである。この実施の形態2では、磁場発生手段6は、ステージB、Cに配置された囲み磁石構造6B、6Cに加え、ステージA、Dに配置された囲み磁石構造6A、6Dをも有する。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この実施の形態2では、ステージA、B、C、Dのそれぞれに、磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6A、6B、6C、6Dと、磁場変化手段31〜34が配置される。
In the second embodiment, the magnetic field generating means 6 is arranged on all the stages A, B, C, and D. In the second embodiment, the magnetic field generating means 6 includes the surrounding
ステージAに配置された囲み磁石構造6Aはリング状の永久磁石61により構成され、ステージDに配置された囲み磁石構造6Dはリング状の永久磁石64により構成される。リング状の永久磁石61、64は、それぞれ共通軸線L−Lを取り囲むように配置され、この共通軸線L−Lを中心とする内周磁極面61a、64aおよび外周磁極面61b、64bを有する。これらのリング状の永久磁石61、64は、内周磁極面61a、64aを内周筒3の外周面に嵌め込んで固定され、内周筒3とともに回転する。これらの永久磁石61、64の外周に、磁場変化手段31、34の内周磁極11a、11dが配置される。
The surrounding
これらのリング状の永久磁石61、64は、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁されているが、リング状の永久磁石62、63とは逆極性に着磁される。具体的には、リング状の永久磁石61は、リング状の永久磁石62と逆極性に着磁され、その内周磁極面61aは共通軸線L−Lの周りに沿って連続してN極を形成するように着磁され、その外周磁極面61bは共通軸線L−Lの周りに沿って連続してS極を形成するように着磁される。同様に、リング状の永久磁石64は、リング状の永久磁石63と逆極性に着磁され、その内周磁極面64aは共通軸線L−Lの周りに沿って連続してN極を形成するように着磁され、その外周磁極面64bは共通軸線L−Lの周りに沿って連続してS極を形成するように着磁される。
These ring-shaped
囲み磁石構造6A、6Dは、磁束Φ1、Φ2および検出磁束DF1、DF2を増強する。囲み磁石構造6Aは、磁束Φ1および検出磁束DF2の流れる磁路において、囲み磁石構造6Bと同極性の起磁力を加え、磁束Φ1および検出磁束DF2を増強する。囲み磁石構造6Dは、磁束Φ2および検出磁束DF1の流れる磁路において、囲み磁石構造6Cと同極性の起磁力を加え、磁束Φ2および検出磁束DF1を増強する。
The surrounding
この実施の形態2では、実施の形態1と同じ効果に加え、検出磁束DF1、DF2をともに増強できるので、磁気センサ15のバイポーラタイプの出力信号の大きさを増強し、大きなバイポーラタイプの出力信号を取り出すことができ、より高感度のトルクセンサを実現できる。
In the second embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, both the detection magnetic fluxes DF1 and DF2 can be enhanced. Therefore, the magnitude of the bipolar type output signal of the
実施の形態3.
図13〜図16は、この発明によるトルクセンサの実施の形態3を示す。図13は、図2、図5、図12と同様な共通軸線L−Lを含む平面による縦断面図であり、実施の形態3のトルクセンサの正のトルク範囲おける縦断面図である。図14は図13のA−A線によるステージAの断面図、図15は図13のB−B線、C−C線によるステージB、Cの断面図、図16は図13のD−D線によるステージDの断面図である。
13 to 16 show a third embodiment of the torque sensor according to the present invention. FIG. 13 is a vertical cross-sectional view of a plane including the common axis LL similar to FIGS. 2, 5, and 12, and is a vertical cross-sectional view in the positive torque range of the torque sensor of the third embodiment. 14 is a sectional view of the stage A along the line AA in FIG. 13, FIG. 15 is a sectional view of the stages B and C along the line BB and CC in FIG. 13, and FIG. It is sectional drawing of the stage D by a line.
実施の形態3は、実施の形態1における4つの磁場変化手段31〜34の中、ステージB、Cにおける磁場変化手段32、33をそれぞれ磁場形成手段32A、33Aに変更したものである。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この実施の形態3では、ステージA、Dには、磁場変化手段31、34がそれぞれ配置され、また、ステージB、Cには、それぞれ磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6B、6Cと、磁場形成手段32A、33Aが配置される。
In the third embodiment, among the four magnetic field changing means 31 to 34 in the first embodiment, the magnetic
図14に示すステージAにおける磁場変化手段31は、図7に示す実施の形態1における磁場変化手段31と同じに構成され、また図16に示すステージDにおける磁場変化手段34は、図10に示す実施の形態1における磁場変化手段34と同じに構成される。なお、図14、図16は、実施の形態3のトルクセンサが正のトルク範囲にあり、内周磁極11a、11dが、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいた状態を示す。
The magnetic field changing means 31 in the stage A shown in FIG. 14 is configured the same as the magnetic field changing means 31 in the first embodiment shown in FIG. 7, and the magnetic field changing means 34 in the stage D shown in FIG. 16 is shown in FIG. The configuration is the same as the magnetic field changing means 34 in the first embodiment. 14 and 16 show a state in which the torque sensor of the third embodiment is in the positive torque range, and the inner peripheral
この実施の形態3において、磁場形成手段32A、33Aは、図15に示すように、それぞれの内周磁極11b、11cおよび外周磁極14b、14cが突出磁極を持たず、それらの内周磁極11b、11cと外周磁極14b、14cが、共通軸線L−Lの周りに沿って、それぞれがリング状の磁極面を持つように構成され、内周磁極11b、11cと外周磁極14b、14cの間には、共通軸線L−Lの周りに沿って均一な大きさの空隙が形成される。したがって、実施の形態3では、内周筒3と外周回転体12との相対回転に対して、磁場変化手段31、34は実施の形態1と同様な磁場変化を与え、磁束Φ1、Φ2を変化させ、検出磁束DF1、DF2を発生させるが、磁場形成手段32A、33Aは磁場変化を与えない。
In the third embodiment, as shown in FIG. 15, the magnetic field forming means 32A and 33A are configured so that the inner peripheral
この実施の形態3において、磁場形成手段32A、33Aにおける内周磁極11b、11cと、外周磁極14b、14cとの間の空隙長さは、実施の形態1に比べて充分小さくなるように構成される。このため、実施の形態3では、実施の形態1に比べて、磁束Φ1、Φ2および検出磁束DF1、DF2が大きくなるので、磁気センサ15のバイポーラタイプも出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。
In the third embodiment, the gap length between the inner peripheral
実施の形態4.
図17、図18は、この発明によるトルクセンサの実施の形態4を示す。図17は、図13と同様な共通軸線L−Lを含む平面による縦断面図であり、図18は図17のB−B線、C−C線によるステージB、Cの断面図である。
17 and 18 show a torque sensor according to a fourth embodiment of the present invention. 17 is a longitudinal sectional view of a plane including the common axis LL similar to FIG. 13, and FIG. 18 is a sectional view of the stages B and C along the BB and CC lines of FIG.
実施の形態4は、ステージB、Cに、実施の形態3と同様に、磁場形成手段32A、33Aを設けたものであるが、これらの磁場形成手段32A、33Aにおいて、内周磁極11b、11cが削除され、磁場形成手段32A、33Aが、それぞれ囲み磁石構造6B、6Cと外周磁極14b、14cにより、構成されたものである。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この実施の形態4では、ステージA、Dには、磁場変化手段31、34がそれぞれ配置され、また、ステージB、Cには、それぞれ磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6B、6Cと、磁場形成手段32A、33Aが配置される。
In the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the magnetic field forming means 32A and 33A are provided on the stages B and C. In these magnetic field forming means 32A and 33A, the inner peripheral
この実施の形態4において、磁場形成手段32Aは囲み磁石構造6Bと外周磁極14bにより構成され、囲み磁石構造6Bのリング状の永久磁石62の外周磁極面62bは、空隙を介して直接外周磁極14bに対向している。同様に、磁場形成手段33Aは囲み磁石構造6Cと外周磁極14cにより構成され、囲み磁石構造6Cのリング状の永久磁石63の外周磁極面63bは、空隙を介して直接外周磁極14bに対向している。ステージB、Cには、内周筒3の外周面にリング状鉄心7、8が固定され、リング状の永久磁石62、63は、これらのリング状鉄心7、8の外周に固定される。
In the fourth embodiment, the magnetic field forming means 32A is constituted by the surrounding
この実施の形態4では、図18に示すように、リング状の永久磁石62、63の外周磁極面62b、63bおよび外周磁極14b、14cは、突出磁極を持たず、それらの外周磁極面62b、63bと外周磁極14b、14cが、共通軸線L−Lの周りに沿って、それぞれがリング状の磁極面を持つように構成され、リング状の永久磁石62、63の外周磁極面62b、63bと外周磁極14b、14cの間には、共通軸線L−Lの周りに沿って均一な大きさの空隙が形成される。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 18, the outer peripheral magnetic pole surfaces 62b and 63b and the outer peripheral
この実施の形態4では、リング状の永久磁石62、63の外周磁極面62b、63bと外周磁極14b、14cとの間に空隙が形成され、永久磁石62、63の外周磁極面62b、63bがこれらの空隙に露出し、外周磁極面62b、63bからの磁束は、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に直接出て行くので、永久磁石62、63における漏洩磁束が小さくなり、結果として、実施の形態1に比べて、磁束Φ1、Φ2および検出磁束DF1、DF2が大きくなり、磁気センサ15のバイポーラタイプの出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。
In the fourth embodiment, gaps are formed between the outer peripheral magnetic pole surfaces 62b and 63b of the ring-shaped
実施の形態5.
図19〜図23は、この発明によるトルクセンサの実施の形態5を示す。図19は、図2、図5、図12、図13、図17と同様な共通軸線L−Lを含む平面による縦断面図であり、実施の形態5のトルクセンサの正のトルク範囲における縦断面図である。図20は図19のA−A線によるステージAの断面図、図21は図19のB−B線によるステージBの断面図、図22は図19のC−C線によるステージCの断面図、図23は図19のD−D線によるステージDの断面図である。
19 to 23 show a torque sensor according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a plane including a common axis LL similar to FIGS. 2, 5, 12, 13, and 17, and is a longitudinal section in the positive torque range of the torque sensor of the fifth embodiment. FIG. 20 is a sectional view of the stage A along the line AA in FIG. 19, FIG. 21 is a sectional view of the stage B along the line BB in FIG. 19, and FIG. 22 is a sectional view of the stage C along the line CC in FIG. FIG. 23 is a sectional view of the stage D along the line DD in FIG.
この実施の形態5は、実施の形態1において、ステージB、Cにおける囲み磁石構造6B、6Cを、図21、図22に示すリング状の永久磁石65、66により構成し、これらのリング状の永久磁石65、66を、内周筒3に固定されたリング状鉄心7、8の外周に固定するとともに、実施の形態1における内周磁極11b、11cを削除したものである。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この実施の形態5では、ステージA、Dには、磁場変化手段31、34がそれぞれ配置され、また、ステージB、Cには、それぞれ磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6B、6Cと、磁場変化手段32、33が配置される。
In the fifth embodiment, the surrounding
リング状の永久磁石65、66は、図21、図22に示すように、それぞれ外周に突出磁極65A、66Aを一体に形成したリング状の永久磁石であり、共通軸線L−Lを取り囲むように配置される。ステージBに配置されるリング状の永久磁石65は、内周磁極面65aと、外周磁極面65bと、それらの中間に形成された中間面65cを有する。同様に、ステージCに配置されるリング状の永久磁石66は、内周磁極面66aと、外周磁極面66bと、それらの中間に形成された中間面66cを有する。これらのリング状の永久磁石65、66は、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に、その内周側がS極、その外周側がN極となるように着磁される。
As shown in FIGS. 21 and 22, the ring-shaped
図21に示すように、突出磁極65Aは、リング状の永久磁石65の外周に、互いに等しい角度間隔で複数個形成されている。具体的には、互いに40度の角度間隔で、9個の突出磁極65Aがリング状の永久磁石65と一体に形成されている。図22に示すように、突出磁極66Aも、同様に、リング状の永久磁石66の外周に、互いに等しい角度間隔で複数個形成されている。具体的には、互いに40度の角度間隔で、9個の突出磁極66Aがリング状の永久磁石66と一体に形成されている。これらの突出磁極65A、66Aは、実施の形態1における内周磁極11b、11cと同様に、内周磁極11a、11dと同相に、共通軸線L−Lの周りの内周磁極基準位置から、例えば0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度の角度位置に配置される。
As shown in FIG. 21, a plurality of protruding
リング状の永久磁石65、66の内周磁極面65a、66aは、共通軸線L−Lを中心としてその周りに連続する周面であり、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが連続して形成される。外周磁極面65b、66bは、突出磁極65A、66Aのそれぞれの外周に、互いに40度の角度間隔で、間欠的に形成され、これらの外周磁極面65b、66bは、それぞれ共通軸線L−Lを中心としてその周りを囲む。これらの外周磁極面65b、66bには、共通軸線L−Lの周りに沿って、N極ばかりが間欠的に形成される。
The inner peripheral
中間面65cは、共通軸線L−Lの周りに、9個の突出磁極65Aの各隣接する突出磁極65Aの間に位置して形成される。同様に、中間面66cは、共通軸線L−Lの周りに、9個の突出磁極66Aの各隣接する突出磁極66Aの間に位置して形成される。これらの中間面65c、66cは、それぞれ共通軸線L−Lを中心としてその周りに、互いに40度の角度間隔で間欠的に形成される。
The
図20〜図23は、実施の形態5のトルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極11a、11d、および突出磁極65A、66Aが、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいた位置にある状態を示す。この状態では、ステージBとステージDとの間で検出磁束DF1が発生する。内周磁極11a、11d、および突出磁極65A、66Aが、角度位置θ1から遠ざかり、角度位置θ2に近づく負のトルク範囲では、ステージAとステージCとの間で検出磁束DF2が発生する。結果として、この実施の形態5でも、磁気センサ15により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
20 to 23 show that the torque sensor of the fifth embodiment is in the positive torque range, and the inner peripheral
また、実施の形態5のトルクセンサでは、ステージB、Cに配置された囲み磁石構造6B、6Cが、外周に複数個の突出磁極65A、66Aを形成したリング状の永久磁石65、66で構成される。これらのリング状の永久磁石65、66は、その外周磁極面65b、66bには、共通軸線L−Lの周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが並び、また内周磁極面65a、66aには、共通軸線L−Lの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが並ぶようにして、共通軸線L−Lを中心とする径方向に着磁されているので、従来の磁石構造のように、同じ周面上のN極とS極の境界がずれることによる出力信号のゼロ点のずれは解消し、安定したゼロ点出力を持った出力信号を得ることができる。
In the torque sensor of the fifth embodiment, the surrounding
また、リング状の永久磁石65、66の外周磁極面65b、66bと外周磁極14b、14cとの間に空隙が形成され、永久磁石65、66の外周磁極面65b、66bがこれらの空隙に露出し、外周磁極面65b、66bからの磁束は、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に直接出て行くので、実施の形態1に比べて、磁束Φ1、Φ2および検出磁束DF1、DF2が大きくなり、磁気センサ15のバイポーラタイプの出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。
Further, gaps are formed between the outer peripheral magnetic pole surfaces 65b and 66b of the ring-shaped
実施の形態6.
図24、図25は、この発明によるトルクセンサの実施の形態6を示す。図24は、実施の形態6のステージBの断面図、図25はそのステージCの断面図である。この図24、図25は、共通軸線L−Lに直交する平面による断面図である。
24 and 25
実施の形態6は、実施の形態1において、ステージB、Cにおける囲み磁石構造6B、6Cを、図24、図25に示すリング状磁石体67、68により構成し、これらのリング状磁石体67、68を、内周筒3に固定されたリング状鉄心7、8の外周に固定するとともに、実施の形態1における内周磁極11b、11cを削除したものである。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
In the sixth embodiment, the surrounding
これらのリング状磁石体67、68には、図24、図25に示すように、共通軸線L−Lの周りに等しい角度間隔で、複数の着磁区域67A、68Aが形成される。これらの複数の着磁区域67A、68Aは、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に、その内周側をS極、その外周側をN極として着磁される。ステージBに配置されるリング状磁石体67は、共通軸線L−Lを取り囲むように配置され、共通軸線L−Lの周りに内周磁極面67aと、外周磁極面67bとを有する。このリング状磁石体67の複数の着磁区域67Aは、内周磁極面67aと外周磁極面67bとの間に、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に延びている。この複数の着磁区域67Aにより、内周磁極面67aにはS極ばかりが共通軸線L−Lの周りに沿って間欠的に形成され、外周磁極面67bにはN極ばかりが共通軸線L−Lの周りに沿って間欠的に形成される。
As shown in FIGS. 24 and 25, a plurality of
同様に、ステージCに配置されるリング状磁石体68は、共通軸線L−Lを取り囲むように配置され、共通軸線L−Lの周りに内周磁極面68aと、外周磁極面68bとを有する。このリング状磁石体68の複数の着磁区域68Aは、内周磁極面68aと外周磁極面68bとの間に、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に延びている。この複数の着磁区域68Aにより、内周磁極面68aにはS極ばかりが共通軸線L−Lの周りに沿って間欠的に形成され、外周磁極面68bにはN極ばかりが、共通軸線L−Lの周りに沿って間欠的に形成される。なお、隣接する着磁区域67Aの相互間および隣接する着磁区域68Aの相互間は、磁性材料のまま着磁されずに残される。
Similarly, the ring-shaped
複数の着磁区域67Aは、具体的には、図24に示すように、互いに40度の角度間隔で、9個の着磁区域67Aが形成される。複数の着磁区域68Aも、図25に示すように、互いに40度の角度間隔で、9個の着磁区域68Aが形成されている。これらの複数の着磁区域67A、68Aは、実施の形態1における内周磁極11b、11cと同様に、内周磁極11a、11dと同相に、共通軸線L−Lの周りの内周磁極基準位置から、例えば0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度の角度位置に形成される。なお、図24、25は、実施の形態6のトルクセンサが正のトルク範囲にあり、着磁区域67A、68Aが、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいた状態を示す。
Specifically, as shown in FIG. 24, nine
この実施の形態6でも、トルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極11a、11d、および着磁区域67A、68Aが、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいた位置にある状態では、ステージBとステージDとの間で検出磁束DF1が発生し、また、内周磁極11a、11d、および着磁区域67A、68Aが、角度位置θ1から遠ざかり、角度位置θ2に近づく負のトルク範囲では、ステージAとステージCとの間で検出磁束DF2が発生するので、結果として、この実施の形態6でも、磁気センサ15により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
Also in the sixth embodiment, the torque sensor is in the positive torque range, and the inner peripheral
また、この実施の形態6のトルクセンサでも、リング状磁石体67、68は、その外周磁極面67b、68bには、共通軸線L−Lの周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが間欠的に並び、また内周磁極面67a、68aにも、共通軸線L−Lの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが間欠的に並ぶので、従来の磁石構造のように、同じ周面上のN極とS極の境界がずれることによる出力信号のゼロ点のずれを解消し、安定したゼロ点出力を持ったバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
Also in the torque sensor of the sixth embodiment, the ring-shaped
実施の形態7.
図26は、この発明によるトルクセンサの実施の形態7を示す。この図26は、実施の形態7の原点位置における上面図であるが、図1、図4と同様に、図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。
FIG. 26 shows a seventh embodiment of the torque sensor according to the present invention. FIG. 26 is a top view at the origin position according to the seventh embodiment, but some components are omitted in order to make the drawings easy to see, as in FIGS.
実施の形態7は、ステージB、Cに配置される囲み磁石構造6B、6Cとして、図26に示すように、複数の永久磁石片69Aから構成された磁石リング配置69を用いたものであり、この磁石リング配置69は、ステージBでは内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心7の内部に配置され、またステージCでは内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心8の内部に配置される。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
In the seventh embodiment, as the surrounding
磁石リング配置69は、図26に示すように、複数個の、例えば9個の永久磁石片69Aによって構成され、この複数の永久磁石片69Aは、共通軸線L−Lを中心とする同一円周上に並べて配置される。この磁石リング配置69は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに内周磁極面69aと外周磁極面69bを有する。内周磁極面69aは、複数の永久磁石片69Aの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面69bはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片69Aは、それぞれの内周側端面がすべてS極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてN極となるように、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置69の内周磁極面69aには、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面69bには、共通軸線L−Lの周りに沿ってN極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片69Aの相互間には、リング状鉄心7、8が介在する。
As shown in FIG. 26, the
この実施の形態7でも、囲み磁石構造6B、6CがステージB、Cに配置され、磁場発生手段6を構成するので、実施の形態1と同様に、磁気センサ15により、バイポーラタイプの出力信号を発生することができ、また磁石リング配置69の内周磁極面69aおよび外周磁極面69bには、同じ極性の磁極が間欠的に並ぶので、安定したゼロ点出力を持ったバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
Also in the seventh embodiment, since the surrounding
実施の形態8.
図27〜図32は、この発明によるトルクセンサの実施の形態8を示す。図27は実施の形態8のトルクセンサの原点位置における上面図であるが、図1、図4と同様に図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。図28は共通軸線L−Lを含む平面による縦断面図であり、実施の形態8のトルクセンサの正のトルク範囲における縦断面図である。図29は図28のA−A線によるステージAの断面図、図30は図28のB−B線によるステージBの断面図、図31は図28のC−C線によるステージCの断面図、図32は図28のD−D線によるステージDの断面図である。
27 to 32 show a torque sensor according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 27 is a top view at the origin position of the torque sensor according to the eighth embodiment, but some parts are omitted for easy understanding of the drawings as in FIGS. FIG. 28 is a longitudinal sectional view of a plane including the common axis LL, and is a longitudinal sectional view in the positive torque range of the torque sensor of the eighth embodiment. 29 is a sectional view of the stage A along the line AA in FIG. 28, FIG. 30 is a sectional view of the stage B along the line BB in FIG. 28, and FIG. 31 is a sectional view of the stage C along the line CC in FIG. 32 is a sectional view of the stage D along the line DD in FIG.
この実施の形態8は、実施の形態1のステージB、Cに配置される囲み磁石構造6Bとして、図30に示すように、複数の永久磁石片72Aから構成された磁石リング配置72を用い、またステージCに配置される囲み磁石構造6Cとして、図31に示すように、複数の永久磁石片73Aから構成された磁石リング配置73を用いる。磁石リング配置72は、ステージBにおいて内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心7の外周に配置され、また磁石リング配置73は、ステージCにおいて内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心8の外周に配置され、実施の形態1の内周磁極11b、11cが削除される。その他は、実施の形態1と同じに構成される。この実施の形態8では、ステージA、Dに、それぞれ磁場変化手段31、34が配置され、ステージB、Cには、それぞれ囲み磁石構造6B、6Cと、磁場変化手段32、33が配置される。
As shown in FIG. 30, the eighth embodiment uses a
磁石リング配置72は、図30に示すように、複数個の、例えば9個の永久磁石片72Aによって構成され、この複数の永久磁石片72Aは、共通軸線L−Lを中心とするリング状鉄心7の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。この磁石リング配置72は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに内周磁極面72aと外周磁極面72bを有する。内周磁極面72aは、複数の永久磁石片72Aの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面72bはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片72Aは、それぞれの内周側端面がすべてS極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてN極となるように、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置72の内周磁極面72aには、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面72bには、共通軸線L−Lの周りに沿ってN極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片72Aの相互間には、磁性体であるリング状鉄心7の外周の磁性体面7aが露出する。この磁性体面7aは、外周磁極面72bよりも径が小さい。
As shown in FIG. 30, the
磁石リング配置73は、図31に示すように、複数個の、例えば9個の永久磁石片73Aによって構成され、この複数の永久磁石片73Aは、共通軸線L−Lを中心とするリング状鉄心8の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。この磁石リング配置73は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに内周磁極面73aと外周磁極面73bを有する。内周磁極面73aは、複数の永久磁石片73Aの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面73bはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片73Aは、それぞれの内周側端面がすべてS極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてN極となるように、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置73の内周磁極面73aには、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面73bには、共通軸線L−Lの周りに沿ってN極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片73Aの相互間には、磁性体であるリング状鉄心8の外周の磁性体面8aが露出する。この磁性体面8aは、外周磁極面73bよりも径が小さい。
As shown in FIG. 31, the
磁石リング配置72には、具体的には、図30に示すように、互いに40度の角度間隔で、9個の永久磁石片72Aが配置される。磁石リング配置73でも、図31に示すように、互いに40度の角度間隔で、9個の永久磁石片73Aが配置されている。これらの複数の永久磁石片72A、73Aは、実施の形態1における内周磁極11b、11cと同様に、内周磁極11a、11dと同相に、共通軸線L−Lの周りの内周磁極基準位置から、例えば0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度の角度位置に形成される。
Specifically, in the
図29〜図32は、実施の形態8のトルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極11a、11d、および永久磁石片72A、73Aが、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づいた位置にある状態を示す。この状態では、ステージBとステージDとの間で検出磁束DF1が発生する。内周磁極11a、11d、および突出磁極72A、73Aが、角度位置θ1から遠ざかり、角度位置θ2に近づく負のトルク範囲では、ステージAとステージCとの間で検出磁束DF2が発生する。結果として、この実施の形態8でも、磁気センサ15により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
29 to 32 show that the torque sensor according to the eighth embodiment is in the positive torque range, and the inner peripheral
また、この実施の形態8のトルクセンサでも、磁石リング配置72、73は、その外周磁極面72b、73bには、共通軸線L−Lの周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが間欠的に並び、また内周磁極面72a、73aにも、共通軸線L−Lの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが間欠的に並ぶので、安定したゼロ点出力を持ったトルクセンサを得ることができる。
Also in the torque sensor of the eighth embodiment, the
また、この実施の形態8では、複数の永久磁石片72A、73Aと、外周磁極14b、14cとが空隙を介して対向し、複数の永久磁石片72A、73Aが直接この空隙に露出するので、この空隙の径方向の空隙長を実質的に増大する結果になり、正および負のトルク範囲の最外部で、磁気センサ15の出力信号が飽和するのを防止し、出力信号の線形性を向上することができる。
In the eighth embodiment, the plurality of
なお、複数個の永久磁石片72A、73Aのそれぞれは、リング状鉄心7、8の外周面に沿って円弧板状に形成することもでき、また平板状の形成することもできる。これらの永久磁石片72A、73Aは、接着などにより、リング状鉄心7、8の外周面に固定される。また各永久磁石片72A、73Aの着磁極性は、上記と逆にして、内周側端面がすべてN極、外周側端面がすべてS極となるように、変更することもできる。
Each of the plurality of
実施の形態9.
図33は、この発明によるトルクセンサの実施の形態9の原点位置における上面図である。この実施の形態9は、実施の形態8のステージB、Cにおいて、磁石リング配置72、73をリング状鉄心7、8の外周面に形成された凹部に嵌め込むように変更したものである。その他は実施の形態8と同じに構成される。この実施の形態9によっても、実施の形態8と同じ効果を得ることができる。
FIG. 33 is a top view of the origin of the torque sensor according to the ninth embodiment of the present invention. In the ninth embodiment, in the stages B and C of the eighth embodiment, the
図33は実施の形態9の上面図であるが、図1、図4と同様に、図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。この実施の形態9では、ステージB、Cにおいて、リング状鉄心7、8の外周面には、その周面に沿って複数個の、例えば9個の凹部7b、8bが40度の角度間隔で形成され、これらの凹部7b、8bに、磁石リング配置72,73を構成する9個の永久磁石片72A、73Aが嵌め込まれ、固定される。ステージBのリング状鉄心7の外周面の凹部7bには、磁石リング配置72を構成する9個の永久磁石片72Aが嵌め込まれ、同様に、ステージCのリング状鉄心8の外周面の凹部8bには、磁石リング配置73を構成する9個の永久磁石片73Aが嵌め込まれ、固定される。隣接する各永久磁石片72A、73Aの間には、リング状鉄心7、8の外周の磁性体面7a、8aが露出する。これらの磁性体面7a、8aは、各永久磁石片72A、73Aの外周面により構成される外周磁極面72b、73bよりも径が小さい。
FIG. 33 is a top view of the ninth embodiment, but in the same manner as FIGS. 1 and 4, some parts are omitted in order to make the drawings easy to see. In the ninth embodiment, in stages B and C, a plurality of, for example, nine
実施の形態10.
図34は、この発明によるトルクセンサの実施の形態10を示す。図34は、この実施の形態10の上面図であり、トルクセンサが原点位置にある状態を示すが、図1、図4と同様に図面を見やすくするために一部に部品を省略している。
FIG. 34 shows a torque sensor according to a tenth embodiment of the present invention. FIG. 34 is a top view of the tenth embodiment and shows a state in which the torque sensor is at the origin position, but parts are omitted in order to make the drawing easier to see as in FIGS. .
この実施の形態10は、実施の形態1において、互いに同相である内周磁極11a、11b、11c、11dの各磁極面に、図34に示すように、傾斜面16a、16bを形成している。また、互いに同相である外周磁極14a、14cを、各内周磁極11a、11b、11c、11dの時計方向側端部と対向するように配置し、また互いに同相である外周磁極14b、14dを、各内周磁極11a、11b、11c、11dの反時計方向側端部と対向するように配置し、併せて、外周磁極14b、14dの各磁極面に、傾斜面16dを形成し、外周磁極14a、14cの各磁極面に、傾斜面16cを形成している。その他は実施の形態1と同じであり、ステージB、Cには、リング状の永久磁石62、63により構成される囲み磁石構造6B、6Cが磁場発生手段6として使用される。
In the tenth embodiment,
内周磁極11a、11b、11c、11dの各磁極面の傾斜面16a、16bは、各磁極面の周方向の中央部で各磁極面を最も高くしており、傾斜面16aは、この中央部から時計方向に向かって各磁極面を低くするように傾斜し、また傾斜面16bは、その中央部から反時計方向に向かって各磁極面を低くするように傾斜している。外周磁極14a、14cの傾斜面16cは、内周磁極11a、11b、11c、11dの各傾斜面16aに空隙を介して対向しており、外周磁極14b、14dの傾斜面16dは、内周磁極11a、11b、11c、11dの各傾斜面16bに空隙を介して対向している。なお、傾斜面16a、16b、16c、16dは、例えば直線状の傾斜面とされるが、曲線状の傾斜面とすることもできる。
The
トルクセンサに働くトルクが変化して、回転軸1、2が相対的に回転するとき、傾斜面16aと傾斜面16cとの対向面積が変化するとともに、それらの間の空隙長さも変化する。同時に、傾斜面16bと傾斜面16dとの対向面積が変化するとともに、それらの間の空隙長さも変化する。このため、内周磁極11a、11b、11c、11dと外周磁極14a、14cとの間の磁気抵抗の変化、および内周磁極11a、11b、11c、11dと外周磁極14b、14dとの間の磁気抵抗の変化が、実施の形態1に比べて大きくなるので、磁気センサ15のバイポーラタイプの出力信号を、より大きくすることができる。
When the torque acting on the torque sensor changes and the
実施の形態11.
図35は、この発明によるトルクセンサの実施の形態11を示す。図35は、この実施の形態11の上面図であり、トルクセンサが原点位置にある状態を示すが、図1、図4と同様に図面を見やすくするために一部に部品を省略している。
Embodiment 11 FIG.
FIG. 35 shows Embodiment 11 of the torque sensor according to the present invention. FIG. 35 is a top view of the eleventh embodiment and shows a state in which the torque sensor is at the origin position, but parts are omitted in order to make the drawing easier to see as in FIGS. .
この実施の形態11は、実施の形態1において、内周磁極11a、11b、11c、11dおよび外周磁極14a、14cと外周磁極14b、14dの径方向の長さをともに長くし、内周磁極11a、11b、11c、11dと外周磁極14a、14b、14c、14dとが、周方向に空隙を介して対向するようにしたものである。その他は実施の形態1と同じであり、ステージB、Cには、リング状の永久磁石62、63により構成される囲み磁石構造6B、6Cが磁場発生手段6として使用される。なお、図35では、内周磁極11a、11b、11c、11d、および外周磁極14a、14b、14c、14dのそれぞれの突出磁極の数が5個となっているが、これは図面を見やすくするためであり、実施の形態1と同様に、それぞれの突出磁極の数は9個とされる。なお、これらの突出磁極の数は、5個、9個以外の磁極数、例えば6個、7個、8個、10個、11個などにすることもできる。
In the eleventh embodiment, the inner circumferential
実施の形態11では、互いに同相である外周磁極14a、14cを、各内周磁極11a、11b、11c、11dの時計方向側部に配置し、また互いに同相である外周磁極14b、14dを、各内周磁極11a、11b、11c、11dの反時計方向側部に配置している。トルクセンサに働くトルクが変化して、回転軸1、2が相対的に回転するとき、内周磁極11a、11b、11c、11dと外周磁極14a、14cとの間の周方向の空隙と、内周磁極11a、11b、11c、11dと外周磁極14b、14dとの間の周方向の空隙とが、互いに逆方向に変化し、それぞれの空隙における磁気抵抗も互いに逆方向に変化するので、この実施の形態11でも、磁気センサ15からバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。
In the eleventh embodiment, the outer peripheral
実施の形態12.
図36、図37は、この発明によるトルクセンサの実施の形態12を示す。図36は、この実施の形態12の正面図であり、図37はその側面図である。
36 and 37 show a torque sensor according to a twelfth embodiment of the present invention. FIG. 36 is a front view of the twelfth embodiment, and FIG. 37 is a side view thereof.
この実施の形態12は、実施の形態1において、外周筒12a、12bの突出部12c、12dを削除し、外周筒12a、12bを連結する連結体13を連結体13aに変更し、この連結体13aの外周に一対の磁気集約部材17A、17Bを配置し、これらの磁気集約部材17A、17Bの間に磁気センサ15を配置したものである。その他は、実施の形態1と同じに構成され、ステージB、Cには、リング状の永久磁石62、63により構成される囲み磁石構造6B、6Cが磁場発生手段6として使用される。
In the twelfth embodiment, the
連結体13aは、アルミニウムなどの非磁性材を用いて筒状に構成され、外周筒12aと外周筒12bとに跨るように、それらの内周面に接合される。この連結体13aの外周には、外周筒12a、12bの各端面の間に環状溝13bが形成され、この環状溝13bに、磁気集約部材17A、17Bが配置される。図36、図37に示すように、磁気集約部材17A,17Bは、それぞれ台形状に作られ、それぞれ互いに平行に相対向する長辺17aと短辺17bを有する。各磁気集約部材17A、17Bの長辺17aは、それぞれ外周筒12a、12bと、微小な空隙を介して対向している。各磁気集約部材17A、17Bの短辺17bは、互いに対向し、それらの間に磁気センサ15が配置される。磁気集約部材17A、17Bは、外周筒12a、12bの間に検出磁路20を構成し、検出磁束DF1、DF2を、短辺17bに集約し、集約された検出磁束DF1、DF2を効果的に磁気センサ15に与える。
The connecting
外周筒12a、12bおよび連結体13aは、共通軸線L−Lの周りを回転するが、磁気集約部材17A、17Bおよび磁気センサ15は、絶対空間に対して固定される。この構成によれば、磁気センサ15に対するリード線の、もつれを解消し、外周筒12a、12bおよび連結体13aの回転に伴なう、その断線を回避できる。
The outer
実施の形態12において、磁気集約部材17A、17Bは、台形状に限らず、他の形状にすることもできる。また、磁気集約部材17A、17Bと、磁気センサ15とをモールド樹脂などにより、互いに一体化することもできる。なお、各磁気集約部材17A、17Bの短辺17bと、磁気センサ15との間の空隙は小さいほど、集約した検出磁束DFを効果的に磁気センサ15に与えることができ、また各磁気集約部材17A、17Bの長辺17aと、外周筒12a、12bとの空隙も小さい方がよい。
In the twelfth embodiment, the magnetic concentrating
実施の形態13.
図38は、この発明によるトルクセンサの実施の形態13を示す。図38は、この実施の形態13の正面図である。
FIG. 38 shows a torque sensor according to a thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 38 is a front view of the thirteenth embodiment.
この実施の形態13は、実施の形態1において、外周筒12a、12bの突出部12c、12dを削除し、外周筒12a、12bを連結する連結体13の外周に一対の磁気集約部材17C、17Dを配置し、これらの磁気集約部材17C、17Dの間に磁気センサ15を配置したものである。その他は、実施の形態1と同じに構成され、ステージB、Cには、リング状の永久磁石62、63により構成される囲み磁石構造6B、6Cが磁場発生手段6として使用される。
In the thirteenth embodiment, in the first embodiment, the
磁気集約部材17C,17Dは、それぞれ外周筒12a、12bの外周面に微小な空隙を介して対向しており、それらの磁気集約部材17C、17D間に磁気センサ15が配置される。磁気集約部材17C、17Dは、外周筒12a、12bの間に検出磁路20を構成し、検出磁束DF1、DF2を効果的に磁気センサ15に与える。
The magnetic concentrating
この実施の形態13でも、外周筒12a、12bおよび連結体13は、共通軸線L−Lの周りを回転するが、磁気集約部材17C、17Dおよび磁気センサ15は、絶対空間に対して固定される。この構成により、実施の形態12と同様に、磁気センサ15に対するリード線の、もつれを解消し、外周筒12a、12bおよび連結体13aの回転に伴なう、リード線の断線を回避できる。
Also in the thirteenth embodiment, the outer
実施の形態14.
図39は、この発明によるトルクセンサの実施の形態14を、その原点位置で示す上面図である。図40、図41、図42は、同じくこの実施の形態14によるトルクセンサを、その正のトルク範囲で示す図である。図39は、実施の形態14のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図40は、実施の形態14のトルクセンサを、共通軸線L−Lを含む平面で切断した縦断面図である。図41は図40のB−B線断面図、図42は図40のC−C線断面図である。図40のB−B線、C−C線は、いずれも共通軸線L−Lに直交する平面に含まれる。
Embodiment 14 FIG.
FIG. 39 is a top view showing the fourteenth embodiment of the torque sensor according to the present invention at its origin position. 40, 41, and 42 are views showing the torque sensor according to the fourteenth embodiment in the positive torque range. FIG. 39 is a top view of the torque sensor according to the fourteenth embodiment as viewed in the axial direction, but some of the components are omitted for easy viewing of the drawing. FIG. 40 is a longitudinal sectional view of the torque sensor according to the fourteenth embodiment cut along a plane including the common axis LL. 41 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 40, and FIG. 42 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. Both the BB line and the CC line in FIG. 40 are included in a plane orthogonal to the common axis LL.
この実施の形態14は、実施の形態1において、ステージA、Dを削除し、またステージBに配置される囲み磁石構造6Bとして、複数の永久磁石片82Aから構成された磁石リング配置82を用い、またステージCに配置される囲み磁石構造6Cとして、複数の永久磁石片83Aから構成された磁石リング配置83を用いる。磁石リング配置82は、ステージBにおいて内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心7の外周に配置され、また磁石リング配置83は、ステージCにおいて内周筒3の外周に固定されたリング状鉄心8の外周に配置され、実施の形態1の内周磁極11b、11cが削除される。磁場変化手段32、33は、それぞれ磁石リング配置82、83と外周磁極14b、14cにより構成される。磁石リング配置82、83はそれぞれ例えば4個の永久磁石82A、83Aと、4個の磁極82B、83Bによって構成され、これに対応して、外周磁極14b、14cもそれぞれ4極の突出磁極を持つように変更される。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
In the fourteenth embodiment, the
磁石リング配置82は、図41に示すように、複数個の、例えば4個の永久磁石片82Aと、4個の磁極82Bとによって構成され、この4個の永久磁石片82Aは、隣接する各永久磁石片82Aのちょうど中間に、磁極82Bのそれぞれが位置するようにして、共通軸線L−Lを中心とするリング状鉄心7の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。磁極82Bは、鉄などの磁性体で構成される。この磁石リング配置82は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに内周磁極面82aと外周磁極面82bを有する。内周磁極面82aは、複数の永久磁石片82Aと複数の磁極82Bの各内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面82bはそれらの各外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片82Aは、それぞれの内周側端面がすべてS極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてN極となるように、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置82の内周磁極面82aには、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面82bには、共通軸線L−Lの周りに沿ってN極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片82Aと磁極82Bの相互間には、磁性体であるリング状鉄心7の外周の磁性体面7aが露出する。
As shown in FIG. 41, the
磁石リング配置83も、磁石リング配置82と同様に構成される。この磁石リング配置83も、図42に示すように、複数個の例えば4個の永久磁石片83Aと4個の磁極83Bによって構成され、この4個の永久磁石片83Aは、隣接する永久磁石片83Aのちょうど中間に、磁極83Bのそれぞれが位置するようにして、共通軸線L−Lを中心とするリング状鉄心8の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。磁極83Bは鉄などの磁性体で構成される。この磁石リング配置83は、共通軸線L−Lを中心としてその周りに内周磁極面83aと外周磁極面83bを有する。内周磁極面83aは、複数の永久磁石片83Aと複数の磁極83Bの各内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面83bはそれらの各外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片83Aは、それぞれの内周側端面がすべてS極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてN極となるように、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置83の内周磁極面83aには、共通軸線L−Lの周りに沿ってS極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面83bには、共通軸線L−Lの周りに沿ってN極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片83Aと磁極83Bの相互間には、磁性体であるリング状鉄心8の外周の磁性体面8aが露出する。
The
磁石リング配置82、83は、共通軸線L−Lの方向に、各永久磁石片82A、83Aが同相の関係で、互いに重なるように配置される。各磁極82B、83Bも、共通軸線L−Lの方向に、互いに重なるように配置される。具体的には、磁石リング配置82では、図41に示すように、互いに90度の角度間隔で、4個の永久磁石片82Aが配置され、隣接する各永久磁石片82Aのちょうど中間に、それぞれ磁極82Bが配置される。磁石リング配置83も同様であり、図42に示すように、互いに90度の角度間隔で、4個の永久磁石片83Aが配置され、隣接する永久磁石片83Aのちょうど中間に、それぞれ磁極83Bが配置される。磁石リング配置82の4個の永久磁石片82Aと、磁石リング配置83の4個の永久磁石片83Aとは、互いに同相であり、共通軸線L−Lの周りの内周磁極基準位置から、例えば0度、90度、180度、270度の角度位置に配置され、磁石リング配置82、83には、前記内周磁極基準位置から例えば45度、135度、225度、315度の角度位置に、それぞれ磁極82B、83Bが配置される。これらの角度間隔は90度であるが、各永久磁石片82A、83Aの数を変え、角度間隔を90度以外、例えば45度、60度などにすることも可能である。
The
外周磁極14b、14cは、実施の形態1と同様に、互いに逆相の関係で配置されるが、それぞれが4極の突出磁極を持つように変更される結果、具体的には、外周磁極14bは、共通軸線L−Lの周りの外周磁極基準位置から、0度、90度、180度、270度の角度位置に突出磁極が形成され、また外周磁極14cは、共通軸線L−Lの周りの外周磁極基準位置から、45度、135度、225度、315度の角度位置に突出磁極が形成される。
The outer peripheral
この実施の形態14において、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aからの磁束は、検出磁束DF1として、外周磁極14b、外周筒12a、検出磁路20、磁気センサ15、外周筒12b、外周磁極14c、磁極83B、リング状鉄心8、内周筒3、リング状鉄心7を経て磁石リング配置82に帰る磁路を流れる。同様に、磁石リング配置83の各永久磁石片83Aからの磁束は、検出磁束DF2として、外周磁極14c、外周筒12b、検出磁路20、磁気センサ15、外周筒12a、外周磁極14b、磁極82B、リング状鉄心7、内周筒3、リング状鉄心8を経て磁石リング配置83に帰る磁路を流れる。
In the fourteenth embodiment, the magnetic flux from each
トルクセンサが図39に示す原点位置にある状態では、図39に示すように、磁石リング配置82、83の各永久磁石片82A、83Aは外周磁極14bと14cとのちょうど中間に位置し、また磁石リング配置82、83の各磁極82B、83Bも、外周磁極14bと14cのちょうど中間に位置する。このため、磁石リング配置82、83の各永久磁石片82A、83Aによる検出磁束DF1、DF2は、互いに大きさがほぼ等しくなり、互いに方向が逆であるので、検出磁路20において、互いに打ち消し合う結果、磁気センサ15に与えられる磁束はゼロとなる。
In the state where the torque sensor is at the origin position shown in FIG. 39, as shown in FIG. 39, the
トルクセンサが正のトルク範囲になれば、ステージBでは、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aが、図41に示すように、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づく結果、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aが、各外周磁極14bに近づき、各磁極82Bが外周磁極14bから遠ざかる。一方、ステージCでは、磁石リング配置83の各永久磁石片83Aが、図42に示すように、角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づく結果、磁石リング配置83の各永久磁石83Aが、各外周磁極14cから遠ざかり、各磁極83Bが外周磁極14cに近づく。この結果、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aから磁気センサ15を検出磁束DF1が増加し、磁石リング配置83の各永久磁石片83Aから磁気センサ15に流れる検出磁束DF2が減少し、磁気センサ15には、正極性の出力信号が得られ、この正極性の出力信号の大きさは、原点位置からの回転量に応じて増大する。
If the torque sensor is in the positive torque range, as shown in FIG. 41, each
実施の形態14のトルクセンサが負のトルク範囲になれば、ステージBでは、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aが角度位置θ2に近づき、外周磁極14bから遠ざかり、磁極82Bが外周磁極14bに近づく。またステージCでは、磁石リング配置83の各永久磁石片83Aが角度位置θ2に近づいて、外周磁極14cに近づき、磁極83Bが外周磁極14cから遠ざかる。この結果、磁石リング配置82の各永久磁石片82Aから磁気センサ15に流れる検出磁束DF1が減少し、磁石リング配置83の各永久磁石片83Aから磁気センサ15に流れる検出磁束DF2が増加し、磁気センサ15には、負極性の出力信号が得られ、この負極性の出力信号の大きさは、原点位置からの回転量に応じて増大する。
If the torque sensor of the fourteenth embodiment is in the negative torque range, in stage B, each
このように、実施の形態14によれば、2つのステージB、Cを使用し、実施の形態1と同様なバイポーラタイプの出力信号を磁気センサ15から得ることができる。
As described above, according to the fourteenth embodiment, the bipolar stage output signal similar to that of the first embodiment can be obtained from the
実施の形態15.
図43〜図53は、この発明によるトルクセンサの実施の形態15を示す。図43、図44、図45、図46、図47は、この実施の形態15によるトルクセンサを、その原点位置で示す図である。図48、図49、図50は、この実施の形態1によるトルクセンサを、その正のトルク範囲で示す図である。図51、図52、図53は、実施の形態15を、その負のトルク範囲で示す。図43は、実施の形態15のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図44、図48、図51は、実施の形態15のトルクセンサを、共通軸線L−Lを含む平面で切断した縦断面図である。図45は図44のB−B線断面図、図46は図44のC−C線断面図、図47は図44のE−E線断面図である。図49は図48のB−B線断面図、図50は図48のC−C線断面図である。図52は図51のB−B線断面図、図53は図51のC−C線断面図である。B−B線、C−C線、E−E線は、いずれも共通軸線L−Lに直交する平面に含まれる。
43 to 53 show a torque sensor according to a fifteenth embodiment of the present invention. 43, 44, 45, 46, and 47 are views showing the torque sensor according to the fifteenth embodiment at its origin position. 48, 49, and 50 are diagrams showing the torque sensor according to the first embodiment in its positive torque range. 51, 52, and 53 show the fifteenth embodiment in its negative torque range. FIG. 43 is a top view of the torque sensor according to the fifteenth embodiment as viewed in the axial direction, but some of the components are omitted for easy viewing of the drawing. 44, 48, and 51 are longitudinal sectional views of the torque sensor according to the fifteenth embodiment cut along a plane including the common axis LL. 45 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 44, FIG. 46 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 44, and FIG. 47 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. Figure 49 is sectional view taken along line B-B of FIG. 48, FIG. 50 is a sectional view taken along line C-C of FIG 8. 52 is a sectional view taken along line BB in FIG. 51, and FIG. 53 is a sectional view taken along line CC in FIG. The BB line, CC line, and EE line are all included in a plane orthogonal to the common axis LL.
この実施の形態15は、実施の形態1において、外周回転体12を1つの外周筒cにより構成し、ステージA、Dを削除し、新たにステージEを設け、このステージEに検出磁路20と磁気センサ15を設けたものであり、その他は実施の形態1と同じに構成される。
In the fifteenth embodiment, in the first embodiment, the outer peripheral
この実施の形態15では、外周回転体12が1つの外周筒12cにより構成される。この外周筒12cは、共通軸線L−Lの周りに配置された円筒であり、その中心軸が共通軸線L−Lと一致するように配置される。この外周筒12cは、鉄材などの磁性材料で作られ、内周筒3の外周に配置される。
In the fifteenth embodiment, the outer peripheral
実施の形態15では、実施の形態1のステージA、Dが削除され、実施の形態1と同じステージB、Cと、これに加えて新しいステージEが設けられる。ステージBには、実施の形態1と同じに、磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6B、および内周磁極11bと外周磁極14bを含む磁場変化手段32が配置される。ステージCには、実施の形態1と同じに、磁場発生手段6を構成する囲み磁石構造6C、および内周磁極11cと外周磁極14cを含む磁場変化手段33が配置される。囲み磁石構造6B、6Cは、それぞれ図45、図46に示すように、実施の形態1と同じに、共通軸線L−Lを中心とする半径方向に着磁されたリング状の永久磁石62、63によりそれぞれ構成されるが、これらのリング状の永久磁石62、63の着磁方向は、互いに逆とされる。なお、外周磁極14b、14cは、外周筒12cの内周面に配置される。
In the fifteenth embodiment, the stages A and D of the first embodiment are deleted, and the same stages B and C as in the first embodiment and a new stage E are provided in addition thereto. As in the first embodiment, the stage B is provided with the surrounding
ステージEは、外周筒12cの上端部に対応して形成される。このステージEには、図47に示す外周のリング状ヨーク18aと内周のリング状ヨーク18bとが配置され、これらのリング状ヨーク18a、18bの間に検出磁路20と磁気センサ15が配置される。外周のリング状ヨーク18aは、図44に示すように、外周筒12cの上端面に微小な空隙を介して対向している。内周のリング状ヨーク18bは、内周筒3の外周面に微小な空隙を介して対向している。なお、内周筒3、外周筒12cは回転可能に構成されるが、リング状ヨーク18a、18b、および磁気センサ15は、絶対空間に固定される。
The stage E is formed corresponding to the upper end portion of the outer peripheral cylinder 12c. 47, the outer ring-shaped
囲み磁石構造6Bを構成するリング状の永久磁石62は、実施の形態1と同じに、その内周磁極面62aにS極ばかりが、またその外周磁極面62bにN極ばかりが並ぶように着磁される。しかし、囲み磁石構造6Cを構成するリング状の永久磁石63は、リング状の永久磁石62と逆方向に着磁され、その内周磁極面63aにはN極ばかりが、またその外周磁極面63bにはS極ばかりが、それぞれ連続して形成される。
As in the first embodiment, the ring-shaped
この実施の形態15のトルクセンサでは、ステージB、Cの間で、図44に示すように、リング状の永久磁石62の外周磁極面62bから、内周磁極11b、外周磁極14b、外周筒12c、外周磁極14c、内周磁極11c、リング状の永久磁石63、内周筒3を通り、リング状の永久磁石62に帰る磁束Φが流れる。また、磁気センサ15を含む検出磁路20には、リング状の永久磁石62による検出磁束DF1と、リング状の永久磁石63による検出磁束DF2が流れる。
In the torque sensor of the fifteenth embodiment, as shown in FIG. 44, between the stages B and C, from the outer peripheral
検出磁束DF1は、リング状の永久磁石62の外周磁極面62bから、内周磁極11b、外周磁極14b、外周筒12c、リング状ヨーク18a、検出磁路20、磁気センサ15、リング状ヨーク18b、内周筒3を通り、内周磁極面62aに帰る磁路に流れる。また、検出磁束DF2は、リング状の永久磁石63の内周磁極面63aから、内周筒3、リング状ヨーク18b、検出磁路20、磁気センサ15、リング状ヨーク18a、外周筒12c、外周磁極14c、内周磁極11cを通り、リング状の永久磁石63の外周磁極面63bに帰る磁路に流れる。この検出磁束DF1、DF2は、検出磁路20において、互いに逆方向に流れる。
The detection magnetic flux DF1 is transmitted from the outer peripheral
トルクセンサが原点位置にある状態では、図43に示すように、各内周磁極11b、11cが、外周磁極14bが位置する角度位置θ1と、外周磁極14cが位置する角度位置θ2とのちょうど中間に位置する。この原点位置では、ステージBにおける内周磁極11bと外周磁極14bとの間の磁気抵抗と、ステージCにおける内周磁極11cと、外周磁極14cとの間の磁気抵抗が等しいので、検出磁束DF1、DF2の大きさが互いにほぼ等しくなり、これらの検出磁束DF1、DF2の和である検出磁束DFはゼロとなる。この原点位置では、結果として、磁気センサ15に流れる検出磁束DFはゼロとなり、図44に示すように、ステージB、C間に磁束Φだけが流れる。
In the state where the torque sensor is at the origin position, as shown in FIG. 43, each of the inner peripheral
トルクセンサが正のトルク範囲にある状態では、ステージBでは、図49に示すように、内周磁極11bが角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づき、内周磁極11bが外周磁極14bに近づいて、それらの間の磁気抵抗が減少し、一方、ステージCでは、図50に示すように、内周磁極11cが角度位置θ2から遠ざかり、角度位置θ1に近づき、内周磁極11cが外周磁極14cから遠ざかり、それらの間の磁気抵抗が増加する。この結果、図48に示す検出磁路20を通る検出磁束DF1が増加し、磁気センサ15から正極性の出力信号が得られる。
In the state where the torque sensor is in the positive torque range, in stage B, as shown in FIG. 49, the inner circumferential
トルクセンサが負のトルク範囲にある状態では、ステージCでは、図52に示すように、内周磁極11bが角度位置θ1から遠ざかり、角度位置θ2に近づき、内周磁極11bが外周磁極14bから遠ざかり、それらの間の磁気抵抗が増大し、一方、ステージCでは、図53に示すように、内周磁極11cが角度位置θ1から遠ざかり、角度位置θ2に近づき、内周磁極11cが外周磁極14cに近づいて、それらの間の磁気抵抗が減少する。この結果、図51に示すように、検出磁路20を通る検出磁束DF2が増加し、磁気センサ15から負極性の出力信号が得られる。
In the state where the torque sensor is in the negative torque range, in stage C, as shown in FIG. 52, the inner circumferential
このように、実施の形態15によれば、磁場変化手段32、33を配置した2つのステージB、Cを使用し、実施の形態1と同様なバイポーラタイプの出力信号を磁気センサ15から得ることができる。
Thus, according to the fifteenth embodiment, the bipolar stage output signal similar to that of the first embodiment is obtained from the
実施の形態15においても、リング状ヨーク18a、18bと、磁気センサ15とをモールド樹脂などにより、互いに一体化することもできる。ステージEにおいて、内周筒3にリング状鉄心を設け、このリング状鉄心の外周面に、リング状ヨーク18bを微小な空隙を介して対向させることもできる。また、実施の形態15において、囲み磁石構造6B、6Cは、実施の形態3〜8の構造に変更することもできる。いずれの場合にも、囲み磁石構造6B、6Cでは、着磁方向が逆とされる。
Also in the fifteenth embodiment, a ring-shaped
この発明によるトルクセンサは、例えば自動車のステアリングホイールに働くステアリングトルクを検出するのに使用される。しかし、トルクを検出する用途であれば、これ以外にも使用できる。 The torque sensor according to the present invention is used, for example, to detect a steering torque acting on a steering wheel of an automobile. However, any other application can be used as long as it detects torque.
1:第1回転軸、2:第2回転軸、3:内周回転体、4:ベース板、
5:トーションバー、
6:磁場発生手段、6A、6B、6C、6D:囲み磁石構造、
61、62、63、64、65、66:リング状の永久磁石、
67、68:リング状磁石体、
69、72、73:磁石リング配置、
69A、72A、73A、82A、83A:永久磁石片、
61a、62a、63a、64a、65a、66a、67a、68a、69a、72a、73a、 82a、83a:内周磁極面、82B、83B:磁極、
61b、62b、63b、64b、65b、66b、67b、68b、69b、72b、73b、 82b、83b:外周磁極面、7、8、9、10:リング状鉄心、
7a、8b:磁性体面、
11a,11b、11c、11d:内周磁極、12:外周回転体、
12a,12b、12c:外周筒、13、13a:連結体、
14a、14b、14c、14d:外周磁極、15:磁気センサ、
18a、18b:リング状ヨーク、20:検出磁路、DF1、DF2:検出磁束、
30、31、32、33、34:磁場変化手段、32A、33A:磁場形成手段、
L−L:共通軸線、A−A:ステージA、B−B:ステージB、C−C:ステージC、
D−D:ステージD、E−E:Eステージ。
1: first rotating shaft, 2: second rotating shaft, 3: inner periphery rotating body, 4: base plate,
5: Torsion bar
6: Magnetic field generating means, 6A, 6B, 6C, 6D: Enclosed magnet structure,
61, 62, 63, 64, 65, 66: ring-shaped permanent magnets,
67, 68: Ring-shaped magnet body,
69, 72, 73: Magnet ring arrangement,
69A, 72A, 73A, 82A, 83A: permanent magnet pieces,
61a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a, 67a, 68a, 69a, 72a, 73a, 82a, 83a: inner peripheral magnetic pole surface, 82B, 83B: magnetic pole,
61b, 62b, 63b, 64b, 65b, 66b, 67b, 68b, 69b, 72b, 73b, 82b, 83b: outer peripheral magnetic pole surface, 7, 8, 9, 10: ring-shaped iron core,
7a, 8b: magnetic surface,
11a, 11b, 11c, 11d: inner peripheral magnetic pole, 12: outer peripheral rotating body,
12a, 12b, 12c: outer peripheral cylinder, 13, 13a: connecting body,
14a, 14b, 14c, 14d: outer peripheral magnetic pole, 15: magnetic sensor,
18a, 18b: ring-shaped yoke, 20: detection magnetic path, DF1, DF2: detection magnetic flux,
30, 31, 32, 33, 34: magnetic field changing means, 32A, 33A: magnetic field forming means,
LL: common axis, AA: stage A, BB: stage B, CC: stage C,
DD: Stage D, EE: E stage.
Claims (9)
前記第1回転軸に連結された内周回転体と、前記第2回転軸に連結され前記内周回転体を取り囲む外周回転体と、前記内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、前記磁場発生手段から前記内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに前記所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段とを備え、
前記磁気センサが、前記検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また前記検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また
前記磁場発生手段が、前記共通軸線を囲むように配置された少なくとも1つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、
前記囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、前記外周磁極面には、前記共通軸線の周りに沿って、N極とS極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、また前記内周磁極面には、前記共通軸線の周りに沿って、前記両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成されたことを特徴とするトルクセンサ。 A first rotating shaft and a second rotating shaft are disposed on a common axis, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are coupled by a torsion bar, and between the first rotating shaft and the second rotating shaft. A torque sensor for detecting a torsion torque to be applied;
An inner peripheral rotating body connected to the first rotating shaft, an outer peripheral rotating body connected to the second rotating shaft and surrounding the inner rotating body, and the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body. Magnetic field generating means, a magnetic sensor through which the detected magnetic flux flows from the magnetic field generating means through the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body, and relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a positive torque range. Accordingly, the first magnetic field changing means for causing the detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a predetermined direction and changing the magnitude thereof, and the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a negative torque range, Second magnetic field changing means for causing a detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a direction opposite to the predetermined direction and changing the magnitude thereof;
The magnetic sensor is configured to generate an output signal whose polarity changes according to the direction of the detected magnetic flux and whose magnitude changes according to the magnitude of the detected magnetic flux, and the magnetic field generating means includes: Including at least one enclosing magnet structure arranged to surround the common axis, the enclosing magnet structure having an outer peripheral magnetic pole surface and an inner peripheral magnetic pole surface around the common axis;
The enclosing magnet structure is composed of a ring-shaped permanent magnet disposed around the common axis, and the outer peripheral magnetic pole surface is formed between the N-pole and S-pole magnetic poles along the circumference of the common axis. only poles of one polarity are continuously formed in, also in said peripheral pole faces, along the circumference of the common axis, only the other magnetic pole of polarity in said magnetic poles are formed continuously Torque sensor characterized by the above.
前記第1回転軸に連結された内周回転体と、前記第2回転軸に連結され前記内周回転体を取り囲む外周回転体と、前記内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、前記磁場発生手段から前記内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第1磁場変化手段と、負のトルク範囲において前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに前記所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第2磁場変化手段とを備え、
前記磁気センサが、前記検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また前記検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また
前記磁場発生手段が、前記共通軸線を囲むように配置された少なくとも1つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、
前記囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、このリング状磁石体は、前記外周磁極面には、前記両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、また前記内周磁極面には、前記両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁されたことを特徴とするトルクセンサ。 A first rotating shaft and a second rotating shaft are disposed on a common axis, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are coupled by a torsion bar, and between the first rotating shaft and the second rotating shaft. A torque sensor for detecting a torsion torque to be applied;
An inner peripheral rotating body connected to the first rotating shaft, an outer peripheral rotating body connected to the second rotating shaft and surrounding the inner rotating body, and the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body. Magnetic field generating means, a magnetic sensor through which the detected magnetic flux flows from the magnetic field generating means through the inner peripheral rotating body and the outer peripheral rotating body, and relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a positive torque range. Accordingly, the first magnetic field changing means for causing the detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a predetermined direction and changing the magnitude thereof, and the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft in a negative torque range, Second magnetic field changing means for causing a detected magnetic flux to flow through the magnetic sensor in a direction opposite to the predetermined direction and changing the magnitude thereof;
The magnetic sensor is configured to generate an output signal whose polarity changes according to the direction of the detected magnetic flux and whose magnitude changes according to the magnitude of the detected magnetic flux;
The magnetic field generating means includes at least one enclosing magnet structure disposed so as to surround the common axis, and the enclosing magnet structure has an outer peripheral magnetic pole surface and an inner peripheral magnetic pole surface around the common axis,
The surrounding magnet structure is composed of a ring-shaped magnet body arranged around the common axis, and this ring-shaped magnet body has only one magnetic pole of the two magnetic poles on the outer peripheral magnetic pole surface. Arranged at a predetermined angular interval around the common axis, and only the magnetic pole of the other polarity of the two magnetic poles is arranged at a predetermined angular interval around the common axis on the inner peripheral magnetic pole surface. A torque sensor characterized by being magnetized in a line.
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